Obtenção de nanocompósitos baseados em nanofibras de celulose e hidrogéis polissacarídicos para aplicação na remoção ou liberação controlada de paraquat comercial - Angelotti, Arthur Maffei [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020)
Devido a sua propriedade de adsorção e liberação controlada de solutos, nos últimos anos o emprego de hidrogéis na agricultura buscando a redução e uso inteligente de insumo agrícolas vem se intensificando, reduzindo o impacto ambiental e perdas financeiras. O objetivo da dissertação foi a otimização e caracterização de hidrogéis bionanocompósitos formados a partir de poliacrilamida (PAAm) (escolhido por ser de natureza não tóxica, inércia biológica, e suas propriedades químicas e mecânicas controláveis) MC/CMC/HPMC e nanofibras de celulose bacteriana (NFCB) (escolhido devido as suas características de biocompatibilidade, alta capacidade de absorção de água e alta cristalinidade), tendo em vista a posterior utilização da matriz mais promissora como material adsorvedor de herbicida paraquat ou até mesmo como veículo carreador em sistemas de liberação controlada de pesticidas catiônicos. Em relação ao grau de intumescimento em água deionizada notou-se que este decresceu significativamente após a inserção da NFCB (em alguns casos 40%). Dentre os derivados de celulose estudados, o que apresentou os resultados mais satisfatórios foi o CMC, visto que, em algumas concentrações de NFCB o grau de intumescimento foi até aproximadamente 3 vezes maior que a dos outros polissacarídeos. Através da técnica de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), notou-se que a NFCB pode estar ancorada a matriz do hidrogel por interações físicas. Por meio da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV), pode-se comprovar a formação do hidrogel de CMC/PAAm/NFCB, e as mudanças morfológicas ocasionadas pela inserção desta nanoestrutura. Quanto ao grau de intumescimento em soluções salinas, houve uma redução em relação aos valores obtidos em água destilada, assim como nos estudos em diferentes pHs, confirmando a ação como reticulador físico da NFCB. Nos estudos de adsorção de paraquat os hidrogéis apresentaram comportamento de adsorvedores, principalmente a matriz contendo 2% (m/v) de NFCB, que adsorveu 78% de paraquat do meio. Esta mesma matriz também apresentou o melhor comportamento no mecanismo de liberação, uma vez que o material liberou controladamente o herbicida durante 42 dias. Desta forma, o bionanocompósito NFCB-CMC-PAAm apresenta grande potencialidade de aplicação como matrizes absorvedoras em remediação de águas contaminadas por pesticidas catiônicos ou como veículos carreadores em sistemas de liberação controlada.

Due to its adsorption properties and controlled release of solutes, hydrogels in agriculture are intensified in the last years, aiming the reduction and intelligent use of agricultural inputs, reducing the environmental impact and financial losses. The objective of this dissertation is the optimization and characterization of bionanocomposite hydrogels formed from polyacrylamide (PAAm) (used due to its non-toxic nature, biological inertia, and adjustable chemical and mechanical properties), MC / CMC / HPMC, and bacterial cellulose nanofibers (BCN) (used due to its biocompatibility characteristics, high absorption capacity, and high crystallinity), aiming the further use of the most promising matrix as adsorbent material for removal of paraquat herbicide, or even as a carrier vehicle in controlled release systems of cationic pesticides. From results, it was verified that the presence of BCN decreased the water sorption of the nanocomposites (in some cases 40%). Another factor is that among cellulose derivatives, the most satisfactory results were found to CMC. In some concentrations of NFCB, the degree of swelling of the nanocomposites was up about to 3 times greater than other polysaccharides. From Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) technique, it was noted that BCN might be anchored to the hydrogel matrix by physical interactions. From the Scanning Electron Microscopy (SEM) technique, it is possible to verify the formation of the CMC/PAAm/NFCB hydrogel and the morphological changes caused by the insertion of the nanostructure. Regarding the swelling degree in saline solutions and different pH values, there was a reduction in relation to the values obtained in distilled water, confirming the action of NFCB as a physical crosslinker. In the paraquat adsorption studies, hydrogels showed satisfactory behavior, mainly with 2% NFCB, which adsorbed 78% of paraquat. The hydrogel with 2% NFCB also showed the best behavior in the release studies since the material released approximately 91% of herbicide after 42 days. Thus, the NFCB-CMC-PAAm bionanocomposite has great potential to be used as adsorbent matrices to remediate waters contaminated by cationic pesticides (or other cationic contaminants like dyes) or as carrier vehicles in agricultural controlled release systems.
Obtaining nanocomposites based on cellulose nanofibers and polysaccharide hydrogels for application in the removal or controlled release of commercial paraquat
Keywords: Hidrogel; Nanofibra de celulose bacteriana; Nanocompósito; Grau de intumescimento; Herbicida; Hydrogel; Cellulose bacterial nanofiber; Nanocomposite; Swelling degree; Herbicide