Desenvolvimento de membranas de acetato de celulose contendo nanopartículas de prata-alumínio

Abstract

O objetivo da presente dissertação consiste em desenvolver e avaliar o potencial de uma membrana biopolimérica de acetato de celulose (AC), contendo nanopartículas de prata (Ag-NPs) e/ou alumínio (Al-NPs) no tratamento e remediação de meios aquáticos. Para esse efeito, foram sintetizadas membranas de AC contendo Ag-NPs e/ou Al-NPs através do método de evaporação do solvente, obtendo-se Ag-NPs por redução química do nitrato de prata (AgNO3) com o agente redutor, borohidreto de sódio (NaBH4). As Al-NPs foram obtidas por síntese in situ de um precursor à base de alumínio, o isopropóxido de alumínio (Al(Pr-i-O)3) na presença de ácido clorídrico (HCl). Investigou-se ainda o efeito da estabilização das Ag-NPs através da incorporação de um surfactante, o poloxamer 407 (P407). As membranas de AC contendo Ag-NPs com e sem a presença do P407 foram caracterizadas através de ensaios de microscopia eletrónica de varrimento (SEM), espectroscopia dispersiva de raios-X (EDS), dispersão de luz dinâmica (DLS), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia UV-Visível, análise dinâmico-mecânica (DMA) e medição de ângulos de contacto, assim como através de estudos da atividade antibacteriana. Como o principal objetivo desta dissertação consiste no desenvolvimento de uma membrana de nanocompósito para duas possíveis aplicações no tratamento de água contaminadas, inibir/remover microrganismos e o ião fosfato, foram realizados estudos da atividade antibacteriana, assim como estudos cinéticos de adsorção de fósforo. Da caracterização das membranas obtidas conclui-se que a incorporação de Ag-NPs na matriz de AC induziu uma melhoria das propriedades térmicas e mecânicas relativamente às de AC puro. Enquanto, a incorporação de P407 introduziu modificações superficiais na matriz de AC tornando-a mais hidrofílica. Resultados obtidos no estudo cinético de adsorção de fósforo nas membranas contendo Ag-NPs e Al-NPs confirmaram a eficiência destas membranas na remoção do fósforo. Relativamente ao carácter antibacteriano destas, este foi comprovado in situ, no qual se verificou o efeito bactericida nos testes realizados em águas com bactérias em suspensão.

The aim of this dissertation is to develop and evaluate the potential of a biopolymeric membrane of cellulose acetate (CA), containing silver nanoparticles (Ag-NPs) and/or aluminum nanoparticles (Al-NPs) for the treatment and remediation of aquatic environments. For this purpose, CA membranes containing Ag-NPs and/or Al-NPs were synthesized by solvent casting, resulting in Ag-NPs obtained by chemical reduction of silver nitrate (AgNO3) with the reducing agent, sodium borohydride (NaBH4). The Al-NPs were obtained by in situ synthesis of an aluminum-based precursor, aluminum isopropoxide (Al(Pr-i-O)3) in the presence of hydrochloric acid (HCl). The stabilization effect of Ag-NPs through the incorporation of a surfactant, poloxamer 407 (P407), was also investigated. The CA membranes containing Ag-NPs with and without the presence of P407 were characterized by scanning electron microscopy (SEM), dispersive X-ray spectroscopy (EDS), dynamic light scattering (DLS), Fourier-transformed infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetry analysis (TGA), ultraviolet-visible absorption spectroscopy, dynamic mechanical analysis (DMA), and contact angle measurement, as well as antibacterial activity studies. Since the main objective of this dissertation is the development of a nanocomposite membrane for two possible applications for contaminated water treatment, able to inhibit/remove microorganisms and phosphate ion, antibacterial activity studies, as well as adsorption kinetics of phosphorus studies, were performed. The characterization of the obtained membranes show that the incorporation of Ag-NPs in the CA matrix induced an improvement of the thermal and mechanical properties of the pure CA. The incorporation of P407 introduced superficial changes in the CA matrix, making the membrane more hydrophilic. Results obtained from the adsorption kinetics of phosphorous studies confirmed the phosphorous removal effectiveness of the CA membranes containing Ag-NPs and Al-NPs. In situ CA membranes containing Ag-NPs and Al-NPs antimicrobial behavior was proved, which revealed the bactericidal effect in the performed tests against suspended bacteria in water.