Modificação de polímeros com grupos biguanida para uso como adsorvente de íons fosfato

Abstract

O presente trabalho aborda estudos de adsorção de íons fosfato utilizando polímeros funcionalizados com grupos biguanida. Dois polímeros comerciais foram modificados pela inserção do grupo biguanida na cadeia lateral através da reação com cianoguanidina. Os polímeros utilizados foram o poli(etileno-alt-anidrido maleico) (PEMA), gerando o PESEB, e a polietilenoimina ramificada (PEI), gerando o PEI-MET. Os materiais foram caracterizados por análises de IR e TGA. Isotermas de adsorção de fosfato foram conduzidas em triplicata para ambos os materiais, onde o modelo de Langmuir melhor descreveu o processo. O tratamento dos dados segundo o modelo permitiu o cálculo de capacidade máxima adsortiva de 15,79 mg e 81,79 mg de fosfato por grama de PESEB e PEI-MET, respectivamente. Estudos de comparação de adsorção entre polímeros funcionalizados com grupos amino e grupos biguanida foram conduzidos, onde a modificação com o último leva à maior capacidade de adsorção. Investigações de competição dos íons cloreto, nitrato e sulfato em relação ao fosfato foram realizadas, sendo que os dois primeiros não interferiram significativamente na adsorção de fosfato, ao contrário do efeito observado pelo sulfato, que em concentração equivalente ao fosfato diminuiu em cerca de 50% a adsorção do íon de interesse. Foi possível realizar a dessorção de fosfato ligado ao material através do contato com solução concentrada de cloreto de sódio. Estudos de reuso em sistemas de fluxo contínuo mostraram que o PESEB apresenta queda drástica na eficiência de adsorção ao longo de ciclos de adsorção-dessorção (> 60%), efeito decorrente da degradação do material. Por outro lado, o PEI-MET demonstrou melhor eficiência de reutilização, no qual o quinto ciclo de adsorção a eficácia foi 24% menor em relação ao primeiro uso. Por fim, a reprodutibilidade de síntese do PEI-MET foi avaliada através de análise de IR e da capacidade de adsorção de fosfato de três lotes diferentes, os quais apresentaram características e desempenhos semelhantes.

Abstract: The present work investigates adsorption of phosphate ions using polymers functionalized with biguanide groups. Two commercial polymers were modified by inserting the biguanide group into the side chain through a reaction with cyanoguanidine. The polymers used were poly(ethylene-alt-maleic anhydride) (PEMA), generating PESEB, and branched polyethyleneimine (PEI), generating PEI-MET. The materials were characterized by IR and TGA analyses. Phosphate adsorption isotherms were conducted in triplicate for both materials, where the Langmuir model best described the process. The data processing according to the model allowed the calculation of maximum adsorptive capacity, which equals 15.79 mg and 81.79 mg of phosphate per gram of PESEB and PEI-MET, respectively. Adsorption comparison studies between polymers functionalized with amino groups and biguanide groups were conducted, where the modification with the latter results in greater adsorption capacity. Investigations concerning the competition of chloride, nitrate and sulfate ions in relation to phosphate were carried out, and the first two ions did not significantly interfere with phosphate adsorption, in contrast to the effect observed by sulfate, which at a concentration equivalent to phosphate decreased the adsorption of the ion of interest by about 50%. It was possible to carry out the desorption of phosphate bound to the material through contact with a concentrated sodium chloride solution. Reuse studies in a continuous flow system demonstrate that PESEB displays a drastic drop in adsorption efficiency with repeated adsorption-desorption cycles (> 60%), which is probably resulting from the degradation of the material. On the other hand, PEI-MET showed better reuse efficiency, where in the fifth adsorption cycle the efficiency was 24% lower compared to the first use. Finally, the reproducibility of the synthesis of PEI-MET was evaluated through the IR analysis and phosphate adsorption capacity of three different batches, which presented similar characteristics and performances.