Um novo compósito de quitosana e exopolissacarídeo de Bacillus subtilis para a remoção de azul de metileno de soluções aquosas

Por que limpar água colorida importa

Das calças jeans que vestimos ao papel que usamos para imprimir, a vida moderna depende de corantes sintéticos. Mas quando os corantes remanescentes são despejados nas redes de esgoto das fábricas, eles podem tingir rios, bloquear a luz, prejudicar a vida aquática e até representar riscos à saúde humana. Tratar essa “água colorida” é caro, especialmente em regiões já com escassez hídrica. Este estudo investiga um material de baixo custo e biodegradável feito de polímeros naturais — um proveniente de resíduos de crustáceos e outro de bactérias benéficas — para remover um corante azul comum da água de forma rápida e eficiente.

Uma equipe natural para águas poluídas

Os pesquisadores concentraram-se na remoção do azul de metileno, um corante azul amplamente usado e difícil de degradar quando chega ao ambiente. Eles construíram um novo material combinando quitosana — um composto à base de açúcar obtido de cascas de crustáceos — com exopolissacarídeos, açúcares de cadeia longa produzidos pela bactéria Bacillus subtilis. Ambos os componentes são biodegradáveis e já conhecidos por se ligarem a poluentes. A ideia foi que sua mistura em um único “compósito” criaria mais e melhores sítios de ligação para o corante do que cada material isoladamente, além de reaproveitar subprodutos bacterianos que normalmente seriam descartados.

Como o novo material filtrante se comporta

Para entender a eficácia desse compósito natural, a equipe examinou primeiro sua química e estrutura usando espectroscopia no infravermelho e microscopia eletrônica. Essas ferramentas confirmaram que o material possuía muitos grupos químicos ativos — como hidroxila, amino, carboxila e fosfato — capazes de se ligar às moléculas do corante. Ao microscópio, a quitosana pura aparentava ser lisa e relativamente densa, com poucos poros. Em contraste, o compósito de quitosana e açúcar bacteriano parecia mais rugoso e poroso, com textura semelhante a uma esponja. Essa superfície mais aberta e irregular oferece espaço extra para as moléculas do azul de metileno entrarem e se fixarem.

Encontrando as melhores condições para a remoção

Os cientistas testaram então como diferentes condições da água afetavam a remoção do corante. Variaram a acidez (pH), o tempo de contato e a concentração inicial do corante. O compósito removeu o corante com melhor desempenho em pH levemente ácido a quase neutro, por volta de 6, enquanto a quitosana pura teve melhor desempenho em pH 7. À medida que o pH aumentava de fortemente ácido para neutro, a superfície do material tornava-se mais carregada negativamente, o que atraía fortemente as moléculas de azul de metileno, que são carregadas positivamente. Ambos os materiais removeram a maior parte do corante em aproximadamente 30 minutos, mas o compósito foi consistentemente melhor, eliminando cerca de 72% da cor, em comparação com cerca de 61% da quitosana sozinha. Quando o nível inicial de corante era muito alto, a eficiência de remoção caiu, principalmente porque o número limitado de sítios de ligação ficou saturado.

O que acontece em escala molecular

Para aprofundar como o corante se liga, a equipe analisou quanto corante os materiais podiam reter e com que rapidez agiam. As medidas se ajustaram a um modelo no qual o corante forma uma única camada ordenada na superfície, um indicativo de sítios de ligação bem definidos. O compósito armazenou um pouco mais de corante por grama do que a quitosana sozinha e o reteve com mais força. Experimentos temporais mostraram que o processo seguiu um padrão cinético de “segunda ordem”, o que, em termos simples, significa que a velocidade é controlada por quão rapidamente as moléculas do corante conseguem formar ligações com sítios específicos. Aqui, o compósito foi notavelmente mais rápido: sua constante de velocidade foi cerca de uma ordem de grandeza maior do que a da quitosana pura. Medições adicionais no infravermelho, antes e depois da remoção do corante, revelaram pequenas porém significativas mudanças em sinais químicos-chave, mostrando que grupos contendo oxigênio, nitrogênio e fósforo estavam diretamente envolvidos. Em conjunto, as evidências apontam para uma combinação de atração eletrostática entre cargas opostas, ligações de hidrogênio e interações de empilhamento entre as moléculas aromáticas do corante e a espinha dorsal açucarada do compósito.

Um caminho mais verde para tratar águas residuais coloridas

No conjunto, o estudo mostra que a mistura de quitosana com exopolissacarídeos bacterianos cria um material totalmente biodegradável que remove o azul de metileno da água de forma mais eficaz e muito mais rápida do que a quitosana sozinha. Embora alguns materiais sintéticos de alta tecnologia possam reter ainda mais corante, eles frequentemente exigem produtos químicos agressivos para sua fabricação e demoram mais para agir. Em contraste, este compósito natural é feito de ingredientes renováveis, incluindo um subproduto bacteriano que, de outra forma, seria desperdiçado, e funciona bem em condições semelhantes às de águas residuais industriais reais. Essa combinação de rapidez, desempenho e sustentabilidade sugere que o material poderia ser desenvolvido em filtros práticos para fábricas que usam corantes intensos — ajudando a manter nossos rios mais limpos sem introduzir novos poluentes no processo.

Citação: Abd-Alla, M.H., Hassan, E.A., Mohammed, E.A. et al. A novel composite of chitosan and Bacillus subtilis exopolysaccharide for the removal of methylene blue from aqueous solutions. Sci Rep 16, 6349 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36875-7

Palavras-chave: tratamento de águas residuais, adsorvente biodegradável, remoção de azul de metileno, compósito de quitosana, exopolissacarídeo bacteriano