Síntese e caracterização de quitosana imina 2-hidroxi-3-metoxifenil como novo adsorvente para remoção eficaz de vermelho de metila

Por que limpar água colorida é importante

Muitos produtos do dia a dia — de roupas fortemente tingidas a papel impresso — deixam resíduos químicos coloridos na água. Esses corantes sintéticos podem persistir por longos períodos, prejudicando a vida aquática e potencialmente afetando a saúde humana mesmo em concentrações muito baixas. Este estudo investiga um novo material, derivado de plantas e de cascas de frutos do mar, capaz de capturar e remover um desses corantes, chamado methyl orange, da água de forma rápida e eficiente, oferecendo uma alternativa mais ambientalmente amigável para o tratamento de efluentes dos setores têxtil e afins.

Um auxiliar natural a partir de resíduos de frutos do mar

O ponto de partida deste trabalho é a quitosana, uma substância obtida da quitina, o material estrutural presente nas cascas de camarão, caranguejo e outros crustáceos. A quitosana é barata, biodegradável e não tóxica, e já demonstra afinidade por poluentes. No entanto, a quitosana comum nem sempre liga corantes com força suficiente ou permanece estável nas condições reais de tratamento. Os pesquisadores buscaram aprimorar esse material natural ao acrescentar um pequeno componente orgânico à sua estrutura, criando novos sítios de ligação projetados para capturar moléculas de corante com mais eficácia.

Construindo esferas de limpeza mais inteligentes

Para produzir o material melhorado, a equipe primeiro formou a quitosana em pequenas esferas usando um ácido brando e um banho de hidróxido de sódio, obtendo partículas esféricas que podem ser manuseadas e separadas facilmente da água. Em seguida, reagiram essas esferas com o composto 2-hidroxi-3-metoxibenzaldeído usando aquecimento por micro-ondas. Essa etapa criou novas ligações químicas, conhecidas como ligações imina, entre a quitosana e a molécula adicionada, gerando o que chamam de quitosana imina 2-hidroxi-3-metoxifenil. Imagens de microscopia mostraram que as esferas modificadas tinham uma superfície mais rugosa e porosa do que as esferas de quitosana originais, e medições de área superficial revelaram que a área disponível para ligação aumentou cerca de cinco vezes, de 8,6 para 42,8 metros quadrados por grama.

Como as esferas aprisionam moléculas de corante

A equipe investigou a estrutura e o comportamento das novas esferas com várias técnicas. A espectroscopia no infravermelho confirmou que as ligações químicas previstas foram formadas e que os grupos amina livres originais da quitosana foram amplamente convertidos nas novas estruturas imina. Medições por raios X mostraram que o material tornou-se mais amorfo — isto é, menos ordenado — após a modificação e a adsorção do corante, o que é típico quando cadeias poliméricas flexíveis são quimicamente alteradas. Quando o methyl orange foi colocado em contato com as esferas, mudanças nos sinais do infravermelho indicaram que vários tipos de interações atuavam: atração elétrica entre sítios carregados positivamente na superfície das esferas e grupos carregados negativamente no corante, ligações de hidrogênio e empilhamento entre anéis aromáticos planos do corante e dos grupos orgânicos adicionados. Juntas, essas forças explicam por que o corante se fixa tão fortemente à quitosana modificada.

Encontrando as melhores condições para a limpeza

Os pesquisadores variaram sistematicamente a acidez da água (pH), o tempo de contato, a concentração do corante, a temperatura e a dosagem das esferas para entender e otimizar o desempenho. As esferas funcionaram melhor em água ligeiramente ácida, em torno de pH 4, quando sua superfície carrega cargas positivas que atraem o corante carregado negativamente. Nessas condições, a maior parte do corante foi removida em cerca de 20 minutos, com pouca melhora em tempos mais longos, mostrando que o processo é rápido. O aumento da temperatura reduziu a quantidade de corante capturada, indicando que a ligação libera calor e é menos favorável em temperaturas mais altas. Modelos matemáticos dos dados sugeriram que as moléculas de corante formam uma única camada compacta em sítios uniformes na superfície das esferas e que a etapa limitante envolve ligações químicas, em vez de simples adesão física.

Desempenho, reutilização e promessa no mundo real

Comparadas com muitos outros sorventes de baixo custo feitos a partir de cascas de plantas, ovos, minerais argilosos ou quitosana não modificada, as novas esferas se destacaram por ampla margem, capturando até cerca de 445 miligramas de methyl orange por grama de material e removendo mais de 98% do corante em condições otimizadas. Importante, as esferas puderam ser regeneradas com lavagens simples em ácido e reutilizadas pelo menos cinco vezes, mantendo ainda mais de 84% da eficiência original. De modo geral, este estudo mostra que esferas de quitosana modificadas de forma inteligente, derivadas de resíduos biológicos abundantes, podem atuar como esponjas reutilizáveis e potentes para corantes persistentes, apontando para opções de tratamento de efluentes industriais mais verdes e acessíveis.

Citação: Khan, R., Zoreen, S., Khan, A. et al. Synthesis and characterization of 2-hydroxy-3-methoxyphenyl imino chitosan as a novel adsorbent for effective removal of methyl orange. Sci Rep 16, 14402 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50311-w

Palavras-chave: tratamento de águas residuais, remoção de corantes, bolas de quitosana, biossorvente, methyl orange