Sustainable starch-microcellulose composite hydrogels for efficient removal of heavy metals from water

Autor(es)

da Costa, Talles B. ; Camani, Paulo H. ; Ferreira, Rafaela R. ; Souza, Alana G. ; Vieira, Melissa G. A. ; Rosa, Derval dos S.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: International Journal of Biological Macromolecules; v. 317, p. 16-pg., 2025-06-01.

Resumo

This work investigates the development of sustainable composite hydrogels based on corn starch and microfibrillated cellulose (MFC) derived from eucalyptus sawdust for the removal of copper from aqueous environments. The incorporation of MFC into the starch matrix reduced solubility from 55.2 % to 36.4 %, increased true density from 1.466 to 1.525 g/cm(3), and decreased surface area with increasing MFC content (from 4.010 to 1.814 m(2)/g). The MFC presented the following metallic affinity order: Cu2+ > Mn3+ > Ni2+ > Zn2+ > Cd2+ > Cr6+. Adsorption experiments showed enhanced Cu2+ removal with increasing MFC content, with the Starch/MFC-5 % hydrogel achieving a maximum removal efficiency of 52.4 % and sorption capacity of 0.258 mmol/g. Langmuir isotherms provided the best fit to the equilibrium data (R-2 = 0.998), and the Dubinin-Radushkevich analysis indicated a shift from physisorption (E = 2.42 kJ/mol) to chemisorption (E = 8.11 kJ/mol). Kinetics equilibrium time was reached between 480 and 780 min, with best description by pseudo second-order model. The reuse of hydrogel was achieved for up to four sorption/desorption cycles. The mechanisms of Cu2+ sorption involved interactions with the functional groups present on the materials and cation exchange. These results confirm that starch/MFC hydrogels are promising, low-cost, and biodegradable materials for the efficient removal of metal ions from contaminated water. (AU)

• Processo FAPESP: 23/11783-8 - Hidrogéis de amido compósito para sorção de elementos potencialmente tóxicos em águas contaminadas: interação sinérgica entre ligantes seletivos em nanocelulose modificada
• Beneficiário: Talles Barcelos da Costa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/16301-6 - Aerogéis de amido contendo nanocelulose modificada para remoção de metais pesados em águas residuais oriundas do setor industrial
• Beneficiário: Paulo Henrique Camani
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 21/08296-2 - Desenvolvimento de hidrogéis de quitosana contendo nanoestruturas de celulose modificada para remoção e recuperação de metais em águas contaminadas
• Beneficiário: Rennan Felix da Silva Barbosa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 24/08105-0 - Poli(alfa e beta-ciclodextrinas) contendo argilas brasileiras para remoção de elementos potencialmente tóxicos em águas contaminadas
• Beneficiário: Rafaela Reis Ferreira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Processo FAPESP: 22/01382-3 - Hidrogéis de celulose contendo argilas modificadas para remoção e recuperação de íons metálicos presentes em águas contaminadas
• Beneficiário: Rafaela Reis Ferreira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 24/15696-5 - Membranas nanocompósitas contendo nanopartículas quimicamente modificadas com plasma: o efeito do plasma para desenvolver membranas de alta performance para remediação ambiental
• Beneficiário: Paulo Henrique Camani
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 22/11133-0 - Desenvolvimento de hidrogéis porosos biodegradáveis de amido contendo nanocelulose ou nanoargilas modificadas para remoção e recuperação de metais em águas contaminadas
• Beneficiário: Talles Barcelos da Costa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 23/11229-0 - Membranas porosas biodegradáveis compósitas de PLA contendo nanoargila/nanocelulose para remoção e recuperação de EPTs de águas contaminadas
• Beneficiário: Paulo Henrique Camani
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 20/13703-3 - Materiais porosos ecológicos para a recuperação e reavaliação de metais recuperados de água contaminada
• Beneficiário: Derval dos Santos Rosa
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático