Remoção de pesticidas da água por material híbrido de siloxano-poliéter: investigando a adsorção via Dinâmica Molecular

Abstract

Tendo em vista o uso massivo e muitas vezes indiscriminado de pesticidas nas práticas agrícolas convencionais, a poluição dos recursos hídricos por estas formulações já tem sido detectadas, inclusive em águas de abastecimento e mananciais subterrâneos brasileiros. Desta forma, busca-se encontrar novos métodos de remover agrotóxicos da água. Destacam-se os processos adsortivos envolvendo materiais poliméricos, tanto por sua eficiência na remoção dos poluentes, recuperação dos resíduos e reutilização do polímero. Através de simulações com dinâmica molecular, foi analisada uma nova aplicação para o polímero híbrido ureasil polióxido de etileno (U-PEO800, PEO) na remoção de Glifosato, Atrazina e Dieldrin da água. O PEO teve sua porção orgânico-inorgânica, que contém o átomo de Silício, parametrizada com o programa Paramfit, e os novos termos ligados compatíveis com o campo de força GAFF foram obtidos. Foram realizadas 18 simulações no software AMBER, em GPUs, usando campo de força GAFF, águas do modelo TIP3P, e foram mantidas à 298,15 K e 1,0 bar, por tempos superiores a 300 ns cada. Foram realizadas simulações com concentração fixa de Glifosato e variando a quantidade de polímeros, onde foi verificada que para que seja completa a adsorção do pesticida no PEO, o polímero deve estar em concentração superior razão 10 PEO : 1 Glifosato. Outra série de simulações empregou concentração fixa de polímero, previamente simulado para que o filme obtido experimentalmente fosse representado, e os pesticidas Glifosato, Atrazina e Dieldrin tiveram suas adsorções analisadas. Os três pesticidas interagem com o polímero, e devido às diferentes naturezas químicas, a adsorção se dá por diferentes mecanismos. Para o Glifosato, há majoritariamente a formação de ligações de hidrogênio com o polímero, que também observadas, mas em menor quantidade, nas simulações com a Atrazina, e devido a baixa solubilidade do Dieldrin em água, sua adsorção é promovida por efeitos hidrofóbicos e dispersivos. O número de águas contidas na primeira camada de solvatação do polímero não é alterada significativamente pela interação estabelecida com os pesticidas.

Abstract : Given the widespread and often indiscriminate use of pesticides in conventional agricultural practices, water pollution by these formulations has already been detected, including in brazilian drinking water and groundwater sources. Thus, we seek to find new methods of removing pesticides from water. Noteworthy are the adsorptive processes involving polymeric materials, either by their efficiency in pollutant removal, waste recovery and polymer reuse. Through molecular dynamics simulations, a new application for the hybrid polymer ureasyl polyethylene oxide (U-PEO800, PEO) in the removal of Glyphosate, Atrazine and Dieldrin from water was analyzed. The PEO had its organic-inorganic portion, containing the silicon atom, parameterized with the Paramfit program, and the new bonded terms compatible with the GAFF force field were obtained. Eighteen simulations were performed in AMBER software, on GPUs, using GAFF force field, TIP3P waters and were maintained at 298.15 K and 1.0 bar for simulation times greater than 300 ns each. Simulations were performed with fixed concentration of glyphosate and varying the amount of polymers, where it was verified that in order to be complete the adsorption of the pesticide, the polymer should be in a ratio higher than 10 PEO : 1 Glyphosate. Another series of simulations use fixed concentration of polymer, previously simulated so that the film obtained experimentally was represented, and the pesticides Glyphosate, Atrazine and Dieldrin had their adsorptions analyzed. The three pesticides interact with the polymer, and due to their different chemical natures, the adsorption occurs by different mechanisms. For Glyphosate, by the formation of hydrogen bonds with the polymer, which are also observed, but in a smaller amount, in the simulations with Atrazine, and due to the low solubility of Dieldrin in water, it's adsorption were promoted by hydrophobic and dispersive effects. The number of waters contained in the polymer's first layer of solvation is not significantly altered by the interaction of established with the pesticides.