Filtros modificados com microfibras de celulose funcionalizada para remoção de pesticidas em água e sua quantificação via surface-enhanced Raman scattering (SERS)

Abstract

O Brasil é reconhecido como um dos países de maior produção agrícola do mundo, sendo inclusive mencionado em algumas mídias como o “celeiro do mundo”. Para manter a alta produtividade agrícolas, agricultores têm utilizado cada vez mais de agroquímicos para auxiliar no manejo de suas plantações, prevenindo doenças, pragas e aumentando a fertilidade dos solos. Porém, estes compostos químicos podem se apresentar como vilões ambientais e à saúde da população. Isso ocorre devido ao uso indiscriminado destes compostos, o que pode vir a contaminar ar, solos e principalmente águas. Desta forma, torna-se necessário buscar novos meios para a descontaminação de águas superficiais e subterrâneas. O presente projeto propos desenvolver filtros modificados com microfibras de celulose funcionalizada, com cargas positivas e negativas, para a remoção do pesticida tiabendazol (TBZ) da água. Para isso, dialdeído celulose catiônica e dicarboxilcelulose aniônica foram sintetizadas a partir de bagaço de cana-de-açúcar oriundo de resíduo agroindustrial. Estas microfibras de celulose foram depositadas em papel filtro qualitativo a fim de formar os filtros modificados. A funcionalização das microfibras de celulose permitiu uma maior afinidade e consequentemente uma maior capacidade de remoção dos pesticidas estudados, proporcionando um método eficaz de descontaminação da água. Após a remoção dos contaminantes, utilizando os filtros modificados pelo processo de filtração gravimétrica, foi explorada a detecção por meio do efeito SERS (surface-enhanced Raman scattering), buscando detectar, identificar e quantificar o pesticida de interesse retido no filtro almejando uma alta reprodutibilidade de sinal. Para isto, foram utilizadas nanopartículas de prata (AgNPs), depositadas na superfície dos filtros para a obtenção dos espectros. Além das medidas para avaliar a eficiência na retenção do pesticida nos filtros e na sua detecção/quantificação (Raman e UV-Vis), análises complementares foram realizadas a fim de compreender melhor o material desenvolvido.

Brazil is recognized as one of the world's largest agricultural producers, even referred to in some media as the "breadbasket of the world." To maintain high agricultural productivity, farmers have increasingly used agrochemicals to aid in crop management, preventing diseases and pests, and increasing soil fertility. However, these chemical compounds can pose a threat to the environment and the population's health. This occurs due to their indiscriminate use, which can contaminate air, soil, and especially water. Therefore, it is necessary to seek new means for decontaminating surface and groundwater. This project proposed developing modified filters with functionalized cellulose microfibers, with positive and negative charges, to remove the pesticide thiabendazole (TBZ) from water. For this purpose, cationic dialdehyde cellulose and anionic dicarboxylcellulose were synthesized from sugarcane bagasse, an agro-industrial waste. These cellulose microfibers were deposited on qualitative filter paper to form the modified filters. The functionalization of the cellulose microfibers allowed for greater affinity and, consequently, greater removal capacity for the studied pesticides, providing an effective method for water decontamination. After contaminant removal using the modified filters through the gravimetric filtration process, detection using SERS (surface-enhanced Raman scattering) was explored to detect, identify, and quantify the pesticide of interest retained on the filter, aiming for high signal reproducibility. To this end, silver nanoparticles (AgNPs) were deposited on the surface of the filters to obtain the spectra. In addition to measurements to evaluate the efficiency of pesticide retention on the filters and its detection/quantification (Raman and UV-Vis), additional analyses were performed to better understand the developed material.