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http://hdl.handle.net/11612/1260| Autor(a): | Reis, Davi Teixeira |
| Orientador: | Pereira, Douglas Henrique |
| Título: | Estudo teórico da adsorção dos íons metálicos Cr3+, Cu2+, Cd2+ nas matrizes de celulose e seus derivados |
| Palavras-chave: | Biopolímero; Metais tóxicos; Adsorção; DFT; QTAIM; FMOs; Biopolymer; Toxic metals; Adsorption |
| Data do documento: | 8-Mar-2019 |
| Editor: | Universidade Federal do Tocantins |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia - PPGB |
| Citação: | REIS, Davi Teixeira. Estudo teórico da adsorção dos íons metálicos Cr3+, Cu2+, Cd2+ nas matrizes de celulose e seus derivados.2019.88f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia, Gurupi, 2019. |
| Resumo: | Um dos biopolímeros mais abundantes na natureza é a celulose que, por sua vez, é aproveitada na indústria de diversas maneiras distintas. Este polímero pode ser obtido através de plantas ou por meio de bactérias, sendo a Acetobacter xilinum a mais conhecida. Uma aplicação importante para a celulose e seus derivados que vem sendo elucidada nos dias atuais é a sua utilização em processos adsortivos, como na recuperação de águas residuárias carregadas de metais tóxicos. O presente trabalho buscou estudar o potencial de adsorção da celulose e alguns derivados deste polímero, Acetato de Celulose, Carboximetilcelulose e Xantato de Celulose frente aos cátions metálicos Cu2+, Cd2+ e Cr3+. Para isto foi realizado um estudo teórico de adsorção dos íons nas matrizes destes polímeros, com o intuito de compreender os efeitos estereoeletrônicos e toda energia envolvida nos processos adsorção. As estruturas dos polímeros e a interação foram otimizadas para seu mínimo de energia utilizando a teoria do funcional de densidade (DFT). Após a otimização das estruturas em seus mínimos de energia, foram realizadas as seguintes análises: Mapa de Potencial Eletrostático (MEP), Índices de Reatividade, Orbitais Moleculares de Fronteira (FMO), parâmetros estruturais, energia de interação e análise de QTAIM. Os estudos de MPEs, FMOs e índices de reatividade demonstraram que é possível predizer o local de interação. Análises estruturais provaram que as interações ocorrem. As energias de interação calculadas demonstraram que todos os íons interagem efetivamente com as matrizes de adsorção e entre eles o íon Cr3+ foi o que interagiu mais efetivamente. Dentre os polímeros o Xantato de Celulose mostrou ser uma das melhores matrizes de interação por apresentando dois sítios de interação juntamente com Celulose que apresentou menores distâncias de interações e energias próximas das energias do Xantato de Celulose. Por fim, as análises da QTAIM permitiu caracterizar a natureza da interação, na qual a maioria das interações apresentaram caráter parcialmente covalentes (e algumas interações foram classificadas como do tipo eletrostático. |
| Abstract: | The most abundant biopolymers in nature is cellulose which is used in industry in several different ways. This polymer can be found through plants or through bacteria, being a well-known Acetobacter xilinum. An important application for a cellulose and its derivatives that has been elucidated these days is its use in adsorbent processes, such as a recovery of wastewater loaded with toxic metals. The present study aimed to study the adsorption potential of cellulose and polymers derivatives, cellulose acetate, carboxymethylcellulose and cellulose xanthate against Cu2+, Cd2+ and Cr3+ metal cations. For this, a theoretical study of ion adsorption in the matrices of these polymers was carried out, in order to understand the stereoelectronic effects and all the energy involved in the processes in adsorption.The structures of polymers and the interaction were optimized for their minimum energy used the theory of functional density (DFT). After the presentation of the structures at their energy minima, the following analyzes were performed: Electrostatic Potential Map (MEP), Reactivity Indices, Frontier Molecular Orbital (FMO), structural parameters, interaction energy and QTAIM analysis. The study of MPEs, FMOs and reactivity indexes has been possible to predict the site of interaction. Subsequent analyzes have proven that interactions occur. The calculated electron interaction energies correspond to all levels of interaction with adsorption matrices and among them Cr3+ was the one that interacted most effectively. Among the polymers, the cellulose Xanthate showed to be one of the best matrices of interaction by presenting two interaction sites together with Cellulose that presented smaller distances of interactions and energies close to the energies of the Cellulose Xanthate. Finally, the QTAIM analysis allowed characterizing the nature of the interaction, in which the majority of the interactions were partially covalent and some interactions were classified as electrostatic type. |
| URI: | http://hdl.handle.net/11612/1260 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Biotecnologia |
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