Polysaccharide-Based Nanocomposite Hydrogels With Zeolite: Evaluation of the Sorption Process of Pesticide Paraquat

Abstract

PARAQUAT. In this work, nanocomposites formed from the natural polymer carboxymethylcellulose in combination with the polyacrylamide polymer and zeolite were obtained and characterized in relation to pesticide sorption capability. Hydrogels are three-dimensional network with large capacity of water or biological fluid adsorption. They have biocompatibility, biodegradability and non-toxicity properties, ensuring this class of polymers is widely used in different agriculture fields. Thus, the objective of the work was to investigate the process of paraquat sorption using a novel biodegradable nanocomposite. By mathematical modeling, it was possible to found that better models were the Freundlich-Langmuir isotherm and pseudosecond order kinetic, indicating that sorption is heterogeneous and similar to chemisorption process. Thus, such nanocomposites have great potential to be applied as an adsorbent material for removal of pesticides from contaminated water.Keywords: hydrogel; nanocomposite; zeolite; pesticide sorption; Freundlich-Langmuir isotherm. INTRODUÇÃOOs hidrogéis podem ser definidos como materiais formados por dois ou mais componentes constituídos de uma rede polimérica tridimensional com capacidade de adsorver, absorver (mas sem se dissolver) e reter grande quantidade de água ou outro fluído.1 Normalmente, em seu estado intumescido, a fração de água presente no hidrogel é muito maior que a fração de massa do polímero.2,3 Além disso, os hidrogéis também apresentam biocompatibilidade e capacidade de imitar o ambiente da matriz extracelular (massa que une as células dos animais, composta de proteínas e polissacarídeos). 4,5 Em relação ao processo de síntese, os hidrogéis apresentam reticulações, que podem ser físicas ou químicas, que garantem a capacidade do polímero de não se dissolver em água. Os hidrogéis reticulados quimicamente são, normalmente, polimerizados via radical livre e iniciados por meio de tratamento tér-mico, fotoiniciação ou radiação. Ademais, também podem ser obtidos utilizando alta energia de irradiação e reação enzimática. Por outro lado, os hidrogéis reticulados fisicamente são resultados de interações não--covalentes em nível molecular, podendo ser formados por interações iônicas e ligação de hidrogênio entre as cadeias. 6,7 Dentre as diversas caracterizações a serem realizadas na área de hidrogéis, a propriedade hidrofílica é a mais importante. Sendo assim, sua capacidade de absorver água ou fluído está relacionada com os grupos hidrofílicos presentes em sua estrutura. No início do processo de intumescimento ocorre a interação entre a água e os grupamentos carregados existentes no hidrogel. Simultaneamente ocorre uma pequena interação entre a parte hidrofóbica da matriz polimérica e a água (interações fracas). As moléculas de água preenchem todos os espaços vazios disponíveis na rede tridimensional. Portanto, a porosidade, o grau de reticulação e densidade de cadeias são alguns dos fatores que afetam a capacidade de absorção do material.8 Além desses fatores, as interações que influen...

Effect of crosslinker and nanostructure on adsorption and release of paraquat herbicide from different natural hydrogel nanocomposites

“…Additionally, the presence of -OH groups in the chemical structure of both alginate and starch polysaccharides also favored the pesticide adsorption, as well as the hydrophobic interactions. 20,21 The sp 2 hybridization of the pyridinic ring becomes the structure with weakly polar characteristics whereas this hybridized form is more electronegative than sp 3 hybridization, also present in the pesticide structure. This factor also improved paraquat absorption.…”

“…For zeolite-hydrogel nanocomposites, an important fact to be highlighted is that paraquat molecules may not have diffused between the channels of the zeolite structure because their molecules have dimensions of approximately 15 Å and the zeolite pores channels have sizes around 4 Å. 21,25 It is not observed a very significant effect on the adsorption capacity of nanocomposite hydrogels caused by crosslinker type. This no variation is possibly being masked by the addition of nanostructures, showing a competitive interaction sites, i.e., polymeric chains-paraquat and zeolite/nanoclay-paraquat.…”

Zeolites synthesized from agro‐industrial residues applied in agriculture: A review and future prospects

“…Besides slow-release fertilizers, Cataldo et al (2021) explained that zeolites can be also applied in agriculture as carriers of herbicides, fungicides and pesticides (Barbosa et al, 2018), soil conditioners (Yasuda et al, 1998), heavy metals sequestration (Kumar et al, 2007), water adsorption (Xiubin & Zhanbin, 2001), reducing of undesirable odours caused by H 2 S and NH 3 emission in animal husbandry (Kithome et al, 1999), antifungal activity (Rumbos et al, 2016), photosynthesis enhancement by the adsorption of carbon dioxide molecules and their gradual release (Montanari & Busca, 2008), heat stress (Ainsworth & Rogers, 2007), aquaculture (Asgharimoghadam et al, 2012) and animal feed additive (Shurson et al, 1984).…”

“…Also, it was found that the main zeolite applied as a slow‐release fertilizer so far is clinoptilolite, which is a natural zeolite, whereas the main industrial residue used for the synthesis of zeolites is fly ash from coal. It is believed that applied research related to the synthesis of zeolites and their application in agriculture will continuously grow in the future because of their high efficiency as slow‐release fertilizer, and according to Xie and Su (2020), because zeolites have unique properties, and can also be used in other emerging applications, such as: carriers of herbicides, fungicides and pesticides (Barbosa et al., 2018), water treatment, atmospheric purification, agriculture and industrial catalysis (Cao et al., 2023).…”

Efeito Do Ph, Espécie E Concentração Iônica Na Absorção De Água De Hidrogéis Bionanocompósitos Constituídos De CMC/Paam/Laponita RDS

“…O que tem justificado a aplicabilidade de hidrogéis principalmente na área farmacêutica [23][24][25] e na agricultura para liberação controlada de nutrientes e pesticidas. [26][27][28] Especificamente na área agrícola, os hidrogéis vem sendo utilizados devido a sua biodegradabilidade, síntese de baixo custo e alta reprodutibilidade. O objetivo do trabalho foi compreender a influência de soluções salinas e pH na capacidade de absorção de água de bionanocompósitos constituídos de CMC/PAAm/nanoargila laponita RDS.…”