Urea-based polymethacrylamide purification

A purification procedure of polymethacrylamide (PMAm) based on the urea feature of being a powerful Hbondbreaker is proposed here. Polymethacrylamide was synthesized in water and the final product presentsitself as an insoluble gel what is an obstacle to purification. This physical gel, kept together by numerousinterchain H-bonds between amide groups in the polymer, is dismantle by a urea solution (4 mol.L-1) makingthe polymer soluble. Methanol is then used to precipitate the polymer, keeping urea, water and methacrylamidein the methanolic phase.FTIR, TGA, GPC and HPLC were used to characterize the final product and to prove the efficiency and convenienceof this method. The procedure proposed here has presented a good recovery of the polymer and canbe considered more convenient, less time-consuming and efficient than others such as dialysis.Keywords: Physical Gel, Polymethacrylamide, Polymer Purification, Urea

Synthesis and study of polymers for removal of heavy metals to aqueous solutions

A poluição de corpos d´água por metais pesados é um problema mundial, mas particularmente importante em países que apresentam atividades intensas de mineração, como o Brasil. Os contaminantes, de maneira especial aqueles conhecidos como metais pesados, podem apresentar toxicidade altíssima, como é o caso do cádmio, chumbo e outros. Por esse motivo, os efluentes industriais, quando não devidamente tratados, ainda são uma grande fonte de contaminação do ecossistema que vivemos. Diante dessa atual situação, esforços para o aprimoramento de técnicas de remoção de cátions de metais pesados da água são necessárias e podem ter impacto positivo na Saúde Pública e em outras áreas. Portanto, como solução viável e alternativa para o que já se é feito, o presente projeto propõe a produção e estudo do uso de materiais poliméricos com propriedades distintas para captação de metais pesados de soluções aquosas. Para a síntese dos polímeros foram usadas técnicas de polimerização via radical livre, e posterior hidrólise para geração de copolímeros, com o intuito de aperfeiçoar a capacidade de remoção. Os polímeros tiveram como base a metacrilamida que tem a presença do grupo funcional amida e, após hidrólise, a geração de unidade de ácido metacrílico com presença do grupo funcional de ácido carboxílico, ambos os grupos quando combinados possuem uma elevada capacidade de adsorção de cátions. Paralelamente foi aperfeiçoado um sistema de remoção de cátions de solução aquosa usando polímeros confinados em membranas de diálise. A influência da massa molar média, do grau de hidrólise e da presença do grupo funcional de ácido carboxílico foi estudada. Por fim, foi realizado um estudo da capacidade máxima de remoção de Cu(II), em que os parâmetros temperatura, pH da solução, velocidade e tempo de agitação foram fixados. A capacidade máxima de remoção dos íons de Cu(II) variou entre 1,55-1,71 mmol/g para os copolímeros sintetizados e hidrolisados em laboratório, para o copolímero comercial obteve-se um valor de 2,17 mmol/g, e para o copolímero sintetizado diretamente por PRL a partir dos monômeros metacrilamida e ácido metacrílico a capacidade de máxima de captação foi de 3,87 mmol/g , a partir dos resultados foi possível observar uma relação positiva entre a massa molar média das cadeias e a capacidade de ligação aos cátions metálicos. Foi comprovado também que a presença do ácido metacrílico na cadeia polimérica é fundamental para o aumento da capacidade de ligação do cobre. A partir desses estudos foi possível concluir que os polímeros sintetizados e imobilizados em sacos de diálise são eficientes na remoção de íons de Cu(II), Cd(II) e Pb(II) de soluções aquosas, sendo que o estudo da capacidade de remoção dos outros dois cátions Cd (II) e Pb (II) são perspectivas futuras para estudo. No trabalho, destaca-se, além da eficiência, a praticidade do uso do método desenvolvido.The water pollution by heavy metals is a worldwide problem, but particularly important in countries with intensive mining activities, such as Brazil. Contaminants, especially those known as heavy metals, such as cadmium, lead and others, may have very high toxicity. For this reason, industrial effluents, when not properly treated, are still a big source of contamination of the ecosystem we live in. In order to deal with this current situation, it is necessary to improve metallic cation removal techniques from water what may have a positive impact on Public Health and other areas. Therefore, as a feasible and alternative solution to current metal removal techniques, the present project proposes the production and study of polymeric materials based on partially hidrolised polymethacrylamide with different characteristic for the capture of heavy metals in aqueous solutions. Free radical polymerization techniques were used to synthesize the polymers followed by hydrolysis for the copolymers generation, in order to improve the removal capacity. The amide functional group and, after hydrolysis, the carboxylic group when combined have a high cation adsorption capacity. At the same time, a cation removal system that uses polymers entrapped in a dialysis membrane was improved. The influence of the average molar mass, degree of hydrolysis and the presence of the carboxylic acid functional group was studied. Finally, a study of the maximum Cu (II) removal capacity was carried out, in which the parameters of temperature, solution pH, speed and agitation time were fixed. The maximum removal capacity of Cu (II) ions ranged from 1.55-1.71 mmol/g for the copolymers synthesized and hydrolyzed in the laboratory, the commercial copolymer yielded a value of 2.17 mmol/g, and for the copolymer directly synthesized by PRL from the methacrylamide and methacrylic acid monomers the maximum capacity was 3.87 mmol/g. From the results it was possible to observe a positive relation between the average molar mass of the chains and the ability to connect to the metal cations. It has also been proven that the presence of methacrylic acid in the polymer chain is fundamental for increasing the copper bonding capacity. From these studies it was possible to conclude that both polymers synthesized and immobilized in dialysis bags are efficient in the removal of Cu (II), Cd (II) and Pb (II) ions from aqueous solutions, and the study of the ability to remove the other two cations Cd (II) and Pb (II) are perspectives to future studies. In the work, it is highlighted, besides the efficiency, the convenience of the developed method

Study of systems to cations removal using soluble polymeric materials synthesized for radical polymerization

A poluição de corpos d´água por metais pesados é um problema mundial, e tem uma importância maior em países que apresentam atividades mais intensas de mineração, como o Brasil. Os metais pesados podem apresentar toxicidade alta, como é o caso do cádmio, níquel e outros. Por esse motivo, os efluentes industriais em especial, quando não devidamente tratados, ainda são uma grande fonte de contaminação do ecossistema em que vivemos. Diante dessa atual situação, esforços para o aprimoramento de técnicas de remoção de cátions de metais pesados da água são necessárias e podem ter impacto positivo na Saúde Pública e em outras áreas. O presente trabalho propõe a produção e estudo do uso de materiais poliméricos com propriedades especificas para captação de metais pesados de soluções aquosas. Para a síntese dos polímeros foram usadas técnicas de polimerização via radical livre e polimerização por desativação reversível de radicais (via RAFT). Os polímeros baseados em monômeros acrílicos e metacrílicos com a presença de grupos funcionais como carboxilas, amidas e aminas que possuem a capacidade de adsorção de cátions. Usou-se um sistema de remoção de cátions de soluções aquosas com os materiais poliméricos confinados em membranas de diálise. A capacidade máxima de remoção de Cu(II), Cd(II) e Ni (II), fixando parâmetros como temperatura, pH da solução, velocidade e tempo de agitação foi obtida de por meio de uma correlação entre os parâmetros de isotermas de adsorção em diferentes faixas de pH (3,0, 4,0 e 5,0) apresentando valores significativos, principalmente para os poliácidos em pH = 5,0, com valores de captação acima de 100 mg de metal por grama de polímero. O pH do meio demonstrou ser o parâmetro de maior influência na capacidade de captação dos poliácidos comprovando que a presença do grupo carboxila na sua forma desprotonada ao longo da cadeia polimérica desempenha um papel de destaque na capacidade de ligação a cátions metálicos. Poliacrilamida que apresenta grupos amida e pDMAEMA (grupo amina) não sofrem grande influência do pH por não se dissociarem na faixa estudada e por estarem em sua forma protonada, no entanto, ambos têm capacidade de remoção comprovada pelos ensaios de captação. Os modelos de isoterma de adsorção apontam que as interações entre polímero/metal seguem um modelo de monocamada de adsorção, sendo que para os ácidos em condições acima do pKa a afinidade das ligações tende a aumentar o que torna a seletividade aos cátions diferente de pH = 5,0 para pH = 3,0 e 4,0. Diferentemente do pH, o peso molecular do polímero influencia apenas na velocidade de captação provavelmente devido à diferença de pressão osmótica no sistema proposto. A capacidade máxima de ligação permaneceu a mesma para materiais de mesmo grupo funcional e massas molares diferentes.Pollution of water bodies by heavy metals is a worldwide problem and has a greater importance in countries with more intense mining activities, such as Brazil. Heavy metals can be highly toxic, as is the case with cadmium, nickel, and others. For this reason, industrial effluents, when not properly treated, are still a major source of contamination in the ecosystem we live in. Given this current situation, efforts to improve techniques for removing heavy metal cations from water are necessary and can have a positive impact on Public Health and other areas. The present work proposes the production and study of the use of polymeric materials with specific properties to capture heavy metals from aqueous solutions. For the synthesis of the polymers, polymerization techniques via free radical and reversible-deactivation radical polymerization (via RAFT) were used. The polymers were based on acrylate monomers in the form of acrylic acids and acrylamides with the presence of functional groups such as carboxyls, amides, hydroxyls and amines have a high capacity for adsorption of cations and, in parallel, a removal system of cations from aqueous solutions using polymerics materials confined in dialysis membranes was used. The maximum ability to remove levels of Cu (II), Cd (II) and Ni (II) fixing parameters as temperature, pH solution, velocity and shaker time was done to correlate the adsorption isotherms parameters in different pH ranges (3.0 at 5.0) presented values to acids, mainly at pH = 5.0 with binding values above 100 mg.g-1 . The pH of the medium proved to be the one parameter that most influences in the binding capacity for polyacids proving that the presence of carboxyl group in its deprotonated form along the polymer chain is very important for increasing the binding capacity to metal cations. Polyacrylamide, with amide groups and pDMAEMA (amine groups) are not greatly influenced by pH because they are in their protonated form, however, they have removal capacity proven by the binding capacity assays. The adsorption isotherm models indicate that the interactions between polymer/metal follow a monolayer adsorption model, and for acids in conditions above pKa the affinity of the bonds tends to increase, which makes the selectivity to cations different from pH = 5.0 to pH = 3.0 and 4.0. Unlike pH, the polymer molecular weight only influences the adsorption kinetics rate, probably because the range of osmotic pressure in the system proposed. The maximum ability to binding remaining the same for materials of the same functional group and different molecular weights