Síntese, caracterização e uso de nanodispositivo magnético para remoção de poluentes químicos e microbiológicos de ambientes aquáticos

Magnetite (Fe3O4) is a spinel-type iron oxide of the general formula MFe2O4, where M may be a divalent or trivalent cations. Such compounds may be combined with polymers to give rise composite materials. An interesting polymer that can be combined with magnetite is the water-soluble carbomer, carboxylic groups rich called carbopol. In the present study, we produce in a pilot scale, a nanodevice resulting from the association of the magnetite with different carbopol polymer concentrations, obtaining pure Fe3O4 (C0), Fe3O4/Carbopol-0.1% (C1), Fe3O4/Carbopol-0.25% (C2) and Fe3O4/Carbopol-0.5% (C3), for directed magnetically decontamination of chemical and microbiological pollutants in aquatic environments. FTIR and DRX data confirmed the structure of magnetite (C0). In addition, the chemical bonding of carbopol with magnetite was confirmed, since after exhaustive washing of the compounds, the spectra showed bands of both magnetite and carbopol. The magneto-rheology assays showed that samples C1 and C2 were dragged by the applied magnetic field. Methylene Blue (AM) adsorption studies showed adsorption capacity in the following order: C3>C2>C1>C0. Also, experiments to evaluate the ability to remove microorganisms from water using Escherichia coli strain ATCC 25922 showed that the removal capacity was the inverse of the adsorption capacity: C0>C1>C2≈C3. These data suggest that pure magnetite has a greater ability to eliminate microorganisms from water, probably due to its catalytic effect on the bacterial cell wall, which is minimized by polymer coating. The cell viability assay with the culture of murine macrophages J774A.1showed tolerable levels of cytotoxicity at low concentrations, for all compounds (except C0, which showed cell viability below 70% at all concentrations) and cell viability levels below 70% for all compounds in concentrations greater than 400 µg/mL. A significant ability of C1 to remove microorganisms in water was observed, suggesting that this material can be used simultaneously to eliminate chemical and microbiological pollutants in an aqueous environment.A magnetita (Fe3O4) é um óxido de ferro do tipo espinélio de fórmula geral MFe2O4, onde M pode ser um cátion divalente ou trivalente. Esses compostos podem ser combinados com polímeros dando origem a compósitos. Um interessante polímero para ser combinado com a magnetita é o carbômero sintético hidrossolúvel, rico em carboxilatos, denominado carbopol. No presente trabalho, produzimos em escala piloto, nanodispositivos resultantes da associação da magnetita com diferentes concentrações de carbopol, obtendo os compostos Fe3O4 pura (C0), Fe3O4/Carbopol0,1% (C1), Fe3O4/Carbopol-0,25% (C2) e Fe3O4/Carbopol-0,5% (C3), objetivando a descontaminação magneticamente dirigida de poluentes químicos e microbiológicos em ambientes aquáticos. Os dados de FTIR e DRX confirmaram a estrutura da magnetita (C0). Além disso, a vinculação química do carbopol com a magnetita foi confirmada, uma vez que após exaustiva lavagem dos compostos, os espectros mostraram bandas tanto do Fe3O4 quanto do carbopol. Os ensaios de magnetoreologia mostraram que as amostras C1 e C2 sofreram arraste na presença de campo magnético. Os estudos de adsorção de Azul de Metileno (AM) mostraram capacidade de adsorção na seguinte ordem: C3 > C2 > C1 > C0. Adicionalmente, os experimentos de avaliação da habilidade de eliminação de micro-organismos em água, usando como modelo a cepa ATCC 25922 de Escherichia coli, mostraram que a capacidade de remoção foi o inverso da capacidade de adsorção: C0 > C1 > C2 ≈ C3. Os dados sugerem que a magnetita pura tem uma maior capacidade de eliminar microorganismos de água, provavelmente devido ao seu efeito catalítico sobre a parede celular bacteriana, que é minimizado pelo recobrimento com o polímero. O ensaio de viabilidade celular com cultura de macrófagos murinos J774A.1 mostrou níveis toleráveis de citotoxicidade em baixas concentrações, para todos os compostos (exceto C0, que apresentou viabilidade celular inferior a 70% em todas as concentrações) e níveis de viabilidade inferiores a 70% para todos os compostos em concentrações maiores que 400 µg/mL. Como C1 apresentou baixa toxicidade e significativa capacidade em remover micro-organismos e matéria inorgânica em água, associada à sua resposta magnética, sugere-se que este material possa ser simultaneamente usado como agente de descontaminação magneticamente dirigido