Desenvolvimento de biohidrogéis para aplicação na liberação controlada de glifosato
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
Texto Completo: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15626 |
Resumo: | This thesis aims at the development, characterization and application of a biohydrogel consisting of the combination of two polysaccharides, sodium alginate (SA) and chitosan (CH), in the gradual release of glyphosate without the presence of any crosslinking agent. The results showed that the reaction conditions evaluated: pH (4 to 9), temperature (25 and 50 ° C) and ratio between polysaccharides (SA:CH = 2: 1, 1: 1 and 1: 2) had an important role in the properties of the obtained biohydrogel. Thus, by adjusting such conditions, it was possible to produce a biohydrogel having a swelling degree greater than 1000%, good thermal stability and compressive strength of 0.077 MPa. The biohydrogel had an adsorption of 86% glyphosate in 48 h of test. The herbicide gradual release test performed in vitro (up to 60 days) by colorimetric measurements showed a release of 73% of glyphosate in 30-35 days of testing. The cumulative release was approximately 90% at the end of 60 days, reaching equilibrium in a time of 50 days. In order to contribute to the understanding of the gelation mechanism, a mechanical-quantum computational study based on the Functional Density Theory was carried out to evaluate the interaction between SA and CH polysaccharides. The theoretical study was also applied to evaluate the interaction between the biohydrogel and glyphosate. Due to the high computational cost SA and CH were represented by disaccharide units. With the modeling, it was possible to obtain structural, electronic and energy parameters of SA and CH and the complex formed. Theoretical results indicated that the formation of the SA:CH polyelectrolyte complex were predominantly electrostatic. However, a significant covalent contribution in the energy of interaction between the dimers is indicated by the EDA calculations. According to the NBO analysis, the covalent component is present in the intermolecular H bonds formed between the ~NH3+ and the ~COO-groups, effectively contributing to stabilize the formed complex. When a glyphosate molecule is approached to the AS:CH complex, it preferably binds to the chitosan dimer. This result is in agreement with observations made by fluorescence micrographs. Another relevant point in the computational study clearly indicated the role of the sodium counter ion, still in wide discussion in the literature. According to the results analysis, Na+ coordination contributes between 37 and 43% for the stabilizing energy of the formed complex |
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Tese (Doutorado em Química ambiental; Polímeros) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2018.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/15626This thesis aims at the development, characterization and application of a biohydrogel consisting of the combination of two polysaccharides, sodium alginate (SA) and chitosan (CH), in the gradual release of glyphosate without the presence of any crosslinking agent. The results showed that the reaction conditions evaluated: pH (4 to 9), temperature (25 and 50 ° C) and ratio between polysaccharides (SA:CH = 2: 1, 1: 1 and 1: 2) had an important role in the properties of the obtained biohydrogel. Thus, by adjusting such conditions, it was possible to produce a biohydrogel having a swelling degree greater than 1000%, good thermal stability and compressive strength of 0.077 MPa. The biohydrogel had an adsorption of 86% glyphosate in 48 h of test. The herbicide gradual release test performed in vitro (up to 60 days) by colorimetric measurements showed a release of 73% of glyphosate in 30-35 days of testing. The cumulative release was approximately 90% at the end of 60 days, reaching equilibrium in a time of 50 days. In order to contribute to the understanding of the gelation mechanism, a mechanical-quantum computational study based on the Functional Density Theory was carried out to evaluate the interaction between SA and CH polysaccharides. The theoretical study was also applied to evaluate the interaction between the biohydrogel and glyphosate. Due to the high computational cost SA and CH were represented by disaccharide units. With the modeling, it was possible to obtain structural, electronic and energy parameters of SA and CH and the complex formed. Theoretical results indicated that the formation of the SA:CH polyelectrolyte complex were predominantly electrostatic. However, a significant covalent contribution in the energy of interaction between the dimers is indicated by the EDA calculations. According to the NBO analysis, the covalent component is present in the intermolecular H bonds formed between the ~NH3+ and the ~COO-groups, effectively contributing to stabilize the formed complex. When a glyphosate molecule is approached to the AS:CH complex, it preferably binds to the chitosan dimer. This result is in agreement with observations made by fluorescence micrographs. Another relevant point in the computational study clearly indicated the role of the sodium counter ion, still in wide discussion in the literature. According to the results analysis, Na+ coordination contributes between 37 and 43% for the stabilizing energy of the formed complexEsta Tese visa ao desenvolvimento, caracterização e aplicação de biohidrogel constituído pela combinação de dois polissacarídeos, alginato de sódio (ALG) e quitosana (QUI), na liberação gradativa de glifosato, sem a presença de qualquer agente reticulante.Os resultados mostraram que as condições reacionais avaliadas: pH (4 a 9), temperatura (25 e 50°C) e razão entre os polissacarídeos (ALG:QUI = 2:1; 1:1 e 1:2), tiveram papel importante nas propriedades do biohidrogel obtido. Foi possível produzir um biohidrogel com grau de intumescimento superior a 1000%, boa estabilidade térmica e resistência à compressão de 0,077 MPa. O biohidrogel apresentou adsorção de 86% de glifosato em 48 h de teste. O teste de liberação gradativa do herbicida, realizado in vitro (até 60 dias) por medidas colorimétricas, mostrou que 73% de glifosato foram liberados entre 30 e 35 dias de teste. A liberação cumulativa foi de 90% no final de 60 dias, atingindo o equilíbrio em um tempo de 50 dias. Foi realizado um estudo computacional mecânico-quântico baseado na Teoria do Funcional de Densidade para avaliar a interação entre os polissacarídeos ALG e QUI e, assim, contribuir para o entendimento do mecanismo de gelificação. Por meio do estudo teórico, também,foi avaliada a interação entre o biohidrogel e o glifosato. Devido ao elevado custo computacional ALG e QUI foram representados por unidades de dissacarídeos. Com a modelagem foi possível obter parâmetros estruturais, eletrônicos e de energia de ALG e QUI e do complexo formado. Os resultados teóricos indicaram que a formação do complexo polieletrolítico ALG:QUI foram predominantemente eletrostáticas. Entretanto, uma contribuição covalente significativa na energia de interação entre os dímeros é apontada pelos cálculos EDA. Segundo a análise NBO, a componente covalente está presente nas ligações-H intermoleculares formadas entre os grupos ~NH3+ e ~COO−, contribuindo efetivamente para estabilizar o complexo formado. Quando uma molécula de glifosato é aproximada ao complexo ALG:QUI, a mesma se liga, preferencialmente, ao dímero de quitosana. Este resultado está de acordo com as observações feitas por micrografias de fluorescência. Outro apontamento relevante do estudo computacional indicou claramente o papel do contra-íon sódio, ainda em ampla discussão na literatura. Segundo a análise dos resultados, a coordenação do Na+ contribui entre 37 e 43% para a energia de estabilização do complexo formadoSubmitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T18:58:18Z No. of bitstreams: 1 Tese Quimica Marcia Parente Melo da Costa.pdf: 7090782 bytes, checksum: b155936607fef435f3b1b3c8d3684bb6 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-07T18:58:18Z (GMT). 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