Pesquisa
Biossorção de chumbo (Pb 2+) pelo micélio e substratos de cultivo de Lentinus crinitus
Doutorado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Janyeli Dorini Silva de Freitas
Orientador: Maria Graciela Iecher Faria
Defendido em: 11/02/2022
Resumo
RESUMO: A tese abrange a produção de Lentinus crinitus e a biossorção/adsorção de íons chumbo (Pb2+) em diferentes fases do seu cultivo. Constituída experimentalmente por 13 adsorventes, contendo micélios vegetativos, reprodutivos, substratos in natura, autoclavados, colonizados e exauridos da produção de L. crinitus. A tese foi dividida em Capítulo I - Micorremediação de metal tóxico (Pb2+) por adsorção pela biomassa de micélio vegetativo e reprodutivo de Lentinus crinitus e Capítulo II - Adsorção de Pb2+ por substratos in natura, autoclavados, colonizados e exauridos do cultivo de cogumelos de Lentinus crinitus. A parede celular fúngica possui mecanismos de defesa que favorecem a micorremediação de metais tóxicos. Subprodutos ou resíduos da agroindústria, como bagaço de cana-de-açúcar e substratos gastos ou não da fungicultura podem auxiliar na biossorção/adsorção de poluentes. Efluentes industriais com Pb2+ ameaçam a saúde pública e a redução do efeito tóxico por biomassa fúngica e resíduos agroindustriais é uma ferramenta biotecnológica no controle de qualidade da água. Lentinus crinitus (L.) Fr. é um basidiomiceto saprófita, comestível de relevância etnobotânica, consumido por diversos grupos étnicos da Amazônia, além da contribuição nutricional e medicinal, é mencionado em processos de micorremediação. O objetivo foi avaliar a capacidade de adsorção de Pb2+ em diferentes etapas do cultivo do L. crinitus, visando estabelecer um tratamento complementar para efluentes industriais. As caracterizações físicas e químicas dos substratos de cultivo do fungo avaliaram a relação carbono-nitrogênio de cultivo, em bagaço de cana-de-açúcar foi de 50,1 e com a adição de farelo de soja 45,6. Os adsorventes foram submetidos à caracterização de adsorventes e aos estudos de adsorção de Pb2+. O potencial de carga zero dos adsorventes apresentou caráter ácido (4,11 a 5,85), o que favoreceu a adsorção de Pb2+ em pH 5,00. Os grupos funcionais apresentaram mais grupos ácidos (0,065 a 0,157 mEq), seguido por grupos carboxílicos (0,054 a 0,139 mEq), lactônicos (0,013 a 0,084 mEq), fenólicos (0,015 a 0,107 mEq) e em menor número os de caráter básico (0,001 a 0,041 mEq). Na termogravimetria foram três principais estágios de decomposição térmica dos materiais adsorventes: em 100 ºC (água), em 250-300 ºC (hidrocarbonetos, hemicelulose e celulose) e em 400 ºC (lignina). Na espectrometria de infravermelho foram obtidos espectros entre 4000 a 400 cm-1, na sua maioria em 3.400, 2.900, 1650, 1050 e 600 a 800 cm-1. Na adsorção em função do pH obteve-se de 98,4% a 82,5% de adsorção de Pb2+ na sua maioria em pH 3,00, o que caracteriza excelente adsorção em caráter ácido. A cinética de reação de pseudo-segunda ordem se ajustou para todos os adsorventes, com adsorção de 9,64 a 8,32 mg de Pb2+ g-1 em até 22-45 min. Os valores de energia livre de Gibbs (-115,6 a 388,71 KJ mol/L), entropia (-17,9 a -19,54 KJ mol/L) e entalpia (-121,42 a 383,38 KJ mol/L), sugerem sete processos não espontâneos e seis espontâneos. Na adsorção em função da temperatura, os resultados ótimos foram em 25 ºC cerca de 96,2% a 82,1%, com exceção do micélio em meio líquido que também adsorveu em 55 ºC (86,9 ± 0,3%). Os modelos matemáticos isotérmicos que melhor se ajustaram foram Freundlich, seguido de Dubinin-Radushkevich com quantidade máxima adsorvida de Pb2+ de 120,2 a 63,1 mg g-1 em 50 a 1500 mg Pb2+ mL-1, obtivemos excelentes índices de adsorção de Pb2+ (95,6% a 58,5%). Nosso estudo corrobora com as teorias sobre a notável capacidade de adsorção de metais tóxicos pelo micélio de basidiomicetos.
Palavras-chave
Basidiomicetos. Adsorção. Biossorção. Chumbo. Metal Tóxico.
Title
Biosorption of lead (Pb2+) by mycelium and cultivation substrates of Lentinus crinitus
Abstract
The thesis covers the production of Lentinus crinitus and the biosorption/adsorption of lead ions (Pb2+) in different phases of its cultivation. Experimentally constituted by 13 adsorbents, containing vegetative and reproductive mycelia, substrates in natura, autoclaved, colonized and depleted from the production of L. crinitus. The thesis was divided into Chapter I - Mycoremediation of toxic metal (Pb2+) by adsorption through the biomass from vegetative and reproductive mycelium of Lentinus crinitus and Chapter II - Adsorption of Pb2+ by in natura, autoclaved, colonized and depleted substrates from Lentinus crinitus mushroom cultivation. The fungal cell wall has defense mechanisms that favor the mycorremediation of toxic metals. By-products or residues from agroindustry, such as sugarcane bagasse and substrates used in fungiculture, can help in the Biosorption/adsorption of pollutants. Industrial effluents with Pb2+ threaten public health and the reduction of the toxic effect by fungal biomass and residues from agroindustry is a biotechnological tool in water quality control. Lentinus crinitus (L.) Fr. is a saprophytic, edible basidiomycete of ethnobotanical relevance, consumed by several ethnic groups in the Amazon, in addition to its nutritional and medicinal contribution, it is mentioned in mycoremediation processes. The objective was to evaluate the Pb2+ adsorption capacity at different stages of L. crinitus cultivation, aiming to establish a complementary treatment for industrial effluents. The physical and chemical characterizations of the fungus cultivation substrates evaluated the carbon-nitrogen ratio of cultivation, in sugarcane bagasse it was 50.1 and with the addition of soybean meal 45.6. The adsorbents were subjected to adsorbent characterization and Pb2+ adsorption studies. The zero charge potential of the adsorbents showed acidic character (4.11 to 5.85), which favored the adsorption of Pb2+ at pH 5.00. The functional groups showed more acidic groups (0.065 to 0.157 mEq), followed by carboxylic groups (0.054 to 0.139 mEq), lactonic groups (0.013 to 0.084 mEq), phenolic groups (0.015 to 0.107 mEq) and, to a lesser extent, those of basic character (0.001 at 0.041 mEq). In thermogravimetry there were three main stages of thermal decomposition of the adsorbent materials: at 100 ºC (water), at 250-300 ºC (hydrocarbons, hemicellulose and cellulose) and at 400 ºC (lignin). In infrared spectrometry, spectra between 4000 and 400 cm-1 were obtained, mostly at 3400, 2900, 1650, 1050 and 600 to 800 cm-1. In the adsorption as a function of pH, 98.4% to 82.5% of Pb2+ adsorption was obtained, mostly at pH 3.00, which characterizes excellent adsorption in acidic character. Pseudo-second order reaction kinetics were adjusted for all adsorbents, with adsorption of 9.64 to 8.32 mg of Pb2+ g-1 in up to 22-45 min. The values of Gibbs free energy (-115.6 to 388.71 KJ mol/L), entropy (-17.9 to -19.54 KJ mol/L) and enthalpy (-121.42 to 383.38 KJ mol/L), suggest seven non-spontaneous and six spontaneous processes. In the adsorption as a function of temperature, the optimal results were at 25 ºC about 96.2% to 82.1%, with the exception of the mycelium in liquid medium which also adsorbed at 55 ºC (86.9 ± 0.3%). The isothermal mathematical models that best fit were Freundlich, followed by Dubinin-Radushkevich with maximum adsorbed amount of Pb2+ from 120.2 to 63.1 mg g-1 at 50 to 1500 mg Pb2+ mL-1, we obtained excellent indices of adsorption of Pb2+ (95.6% to 58.5%). Our study corroborates the theories about the remarkable adsorption capacity of toxic metals by the mycelium of basidiomycetes.
Keywords
Basidiomycetes. Adsorption. Lead. Toxic Metal