Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/11612/8700
Autor(a): Bihain, Murielly Fernanda Ribeiro
Orientador: Pereira, Douglas Henrique
Título: Estudo teórico da interação do íon óxido de urânio (UO22+) em matrizes de biopolímeros
Palavras-chave: Urânio;Celulose;Adsorção;Hemicelulose;Lignina;QTAIM;Uranium;Cellulose;Adsorption;Hemicellulose;Lignin
Data do documento: 31-Jan-2026
Citação: BIHAIN, Murielly Fernanda Ribeiro. Estudo teórico da interação do íon óxido de urânio (UO22+) em matrizes de biopolímeros. 2026. 66f. Dissertação (Mestrado em Química Ambiental) – Universidade Federal do Tocantins, Programa de Pós-Graduação em Química Ambiental, Gurupi, 2026.
Resumo: O urânio (U) é a principal matéria-prima para a energia nuclear, que tem sido uma alternativa às fontes de energia renováveis. Na natureza sua forma mais estável que é altamente solúvel é o urânio hexavalente U(VI). Sua presença em repositórios profundos criados para descarte de rejeitos radioativos ou reprocessamento e processamento nuclear, faz com que esta espécie esteja presente em soluções aquosas, podendo causar danos ambientais e a saúde humana, o que torna necessária sua remoção. Com isso, adsorção é considerada uma técnica eficiente para remoção de urânio de recursos hídricos, principalmente devido à facilidade prevista de adsorção em bioadsorventes como compostos de celulose, hemicelulose e lignina. Assim, o objetivo deste trabalho é estudar os mecanismos de remoção por adsorção de dióxido de urânio (UO22+) do meio aquoso usando matrizes de celulose (CE) hemicelulose (Hm1 e Hm2) e lignina (GS) por meio de simulações computacionais. Os sistemas adsorvato- adsorvente foram otimizados e observou-se que entre as matrizes, o UO22+ apresentou a maior energia de interação com a matriz de CE devido aos seus grupos hidroxila, seguido pela Hm1, Hm2 e pôr fim a GS que apresentou interações mais fracas. Todas as interações avaliadas foram exotérmicas (ΔH < 0) e quase todas foram espontâneas (ΔrG < 0), com exceção Hm1- UO22+(1) e GS- UO22+(1). Para os parâmetros topológicos, obtidos pela Teoria Quântica de Átomos em Moléculas (QTAIM), todos os tipos de interações foram caracterizados como não covalentes em que as interações do urânio com os átomos de oxigênio das matrizes foram parcialmente covalentes e aquelas dos átomos de oxigênio do UO22+ com os átomos de hidrogênio das matrizes eletrostáticas. Essas tendências também foram visualizadas nas análises de Interações Não Covalentes (NCI), por meio dos gráficos de isosuperfícies, pois, em resumo, as interações U-Oadsorvente apresentaram coloração azulada indicando interação forte e as interações Oadsorvato- Hadsorvente apresentaram coloração esverdeada indicando forças de van der Waals. Assim, concluiu-se que a celulose, hemicelulose e lignina não modificadas são boas matrizes adsorventes para remover UO22+ dos recursos hídricos. Os estudos teóricos sobre os mecanismos de adsorção de matrizes de celulose, lignina e hemicelulose apresentados neste trabalho, como a simulação de estruturas eletrônicas, podem fornecer insights sobre os mecanismos de interação e aprimorar nossa compreensão das interações entre UO22+∙∙∙ biopolímeros durante processos de remediação ambiental.
Abstract: Uranium (U) is the main raw material for nuclear energy, which has been an alternative to renewable energy sources. In nature, its most stable form, which is highly soluble, is hexavalent uranium U(VI). Its presence in deep repositories created for the disposal of radioactive waste or nuclear reprocessing and processing means that this species is present in aqueous solutions, which can cause damage to the environment and human health, making its removal necessary. As a result, adsorption is considered an efficient technique for removing uranium from water resources, mainly due to the expected ease of adsorption in bioadsorbents such as cellulose, hemicellulose, and lignin compounds. Thus, the objective of this work is to study the mechanisms of removal by adsorption of uranium dioxide (UO22+) from the aqueous medium using cellulose (CE), hemicellulose (Hm1 and Hm2), and lignin (GS) matrices through computational simulations. The adsorbate-adsorbent systems were optimized, and it was observed that among the matrices, UO22+ presented the highest interaction energy with the CE matrix due to its hydroxyl groups, followed by Hm1, Hm2, and finally GS, which presented weaker interactions. All interactions evaluated were exothermic (ΔH < 0) and almost all were spontaneous (ΔrG < 0), with the exception of Hm1-UO22+(1) and GS-UO22+(1). For the topological parameters obtained by Quantum Theory of Atoms in Molecules (QTAIM), all types of interactions were characterized as non-covalent, in which the interactions of uranium with the oxygen atoms of the matrices were partially covalent, and those of the oxygen atoms of UO22+ with the hydrogen atoms of the electrostatic matrices. These trends were also visualized in the Non-Covalent Interactions (NCI) analyses, through isosurface graphs, since, in summary, the U-Oadsorbent interactions presented a bluish color indicating strong interaction, and the Oadsorbate-Hadsorbent interactions presented a greenish color indicating van der Waals forces. Thus, it was concluded that unmodified cellulose, hemicellulose and lignin are good adsorbent matrices for removing UO22+from water resources. The theoretical studies on the adsorption mechanisms of cellulose, lignin, and hemicellulose matrices shown in this work, such as the simulation of electronic structures, can provide insights into the interaction mechanisms and enhance our understanding of UO22+∙∙∙biopolymer interactions during environmental remediation processes.
URI: http://hdl.handle.net/11612/8700
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