Pesquisa
Biossorção de metais pesados utilizando resíduos agroindustriais modificados por fungos basidiomicetos
Mestrado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Cristina Lorena Massocatto
Orientador: Douglas Cardoso Dragunski
Defendido em: 22/02/2013
Resumo
A atividade humana vem aumentando os níveis de metais pesados nos ecossistemas aquáticos naturais. Esses metais são em sua maioria originados de atividades das indústrias químicas, têxteis, refinarias de petróleo, papeleiras, agrícolas, esgotos sanitários e ainda resíduos domésticos. Tratam-se de substâncias químicas inorgânicas, persistentes no ambiente, que bioacumulam-se na cadeia trófica e podem provocar mudanças nos parâmetros físicos, químicos e biológicos dos ecossistemas, causando sérios problemas de toxicidade nos seres vivos. Nesse sentido, técnicas avançadas utilizadas no tratamento de águas contaminadas são de fundamental importância para o gerenciamento dos resíduos introduzidos no meio ambiente. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de biossorção de metais como cromo, chumbo e cobre em bainha de palmito pupunha na forma in natura e modificada pela colonização do fungo Agaricus blazei, além disso, analisar também, a biossorção de cobre em resíduos de palmito pupunha e bagaço de cana-de-açúcar in natura e colonizados por Pleurotus eryngii. A colonização fúngica nos substratos de origem agrícola visam modificar as características físicas e químicas dos materiais e melhorar a interação com os metais. Estas alterações foram confirmadas por meio da espectroscopia na região do infravermelho para a bainha de palmito colonizada por Agaricus blazei a qual apresentou alterações nos picos na região entre 1517 a 400 cm-1. Já o crescimento de Pleurotus eryngii tanto em bainha de palmito quanto em bagaço de cana-de-açúcar demonstrou maiores mudanças superficiais na análise de microscopia eletrônica de varredura, sendo estas caracterizadas por um maior desgaste e aumento de fissuras nas fibras após a colonização. Além disso, a carga da superfície do adsorvente (pHpcz) após a colonização do micro-organismo aumentou do valor deste pH. Também foram realizados ensaios em sistemas de batelada, contendo os metais separadamente, sendo as concentrações determinadas por espectrômetro de absorção atômica com chama. Analisou-se a adsorção em função do pH, tempo de contato, concentração dos metais, capacidade de dessorção e fatores termodinâmicos. A biossorção dos metais chumbo e cromo em bainha de palmito in natura e modificada por Agaricus blazei se mostraram dependente do pH da solução, sendo encontrado resultado semelhante para a adsorção de cobre pelos biossorventes originados da cana-de-açúcar. O tempo necessário para adsorção de chumbo, cromo e cobre em bainha de palmito in natura e colonizada por Agaricus blazei foi de cerca de 90 minutos, já para a adsorção de cobre em bainha de palmito in natura e colonizada por Pleurotus eryngii este tempo foi igual ou inferior a 150 minutos, sendo que as cinéticas para todos os resíduos e íons apresentaram os melhores resultados quando ajustadas pela equação de pseudo-segunda ordem. Com estes resultados, foi avaliada a adsorção em função da concentração do íon, com a finalidade de se obter a capacidade máxima de adsorção de cada adsorvente. Observou-se uma melhora na capacidade de retenção dos íons metálicos após a colonização fúngica para todos os biossorventes testados. A bainha de palmito pupunha contendo Agaricus blazei exibiu a maior capacidade máxima de adsorção ao interagir com o íon chumbo (53 mg g-1). As isotermas de adsorção foram testadas para os modelos matemáticos de Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevich e Temkin, sendo que todos se mostraram adequados para os dados experimentais de equilíbrio da adsorção de chumbo, cromo e cobre em bainha de palmito in natura e colonizada por Agaricus blazei. No entanto, na biossorção de cobre em bainha de palmito e bagaço de cana-de-açúcar, apenas o modelo Dubinin-Radushkevich não se ajustou ao sistema. Frente a dessorção, os resultados se revelaram satisfatórios para os íons bivalentes estudados (chumbo e cobre) para os biossorventes originados da bainha de palmito. Através do estudo termodinâmico, constatou-se que as adsorções são espontâneas, exotérmicas e de natureza física. Desta forma, pode-se considerar que a colonização fúngica é um potencializador da capacidade de adsorção da bainha de palmito e do bagaço de cana-de-açúcar, assim estes resíduos poderão ser utilizados para auxiliar na retirada de metais de águas contaminadas, promovendo uma melhoria da qualidade ambiental.
Palavras-chave
enzimas lignocelulíticas, colonização fúngica, subprodutos indústriais, retenção metálica.
Title
Biosorption of heavy metals using agroindustrial waste modified by basidiomycetous fungi
Abstract
Human activity is increasing the levels of heavy metals in natural aquatic ecosystems. These metals are mostly derived from activities of the chemical, textile, oil refineries, paper mills, agricultural, sewage and even household waste. These are inorganic chemicals, persistent in the environment, which bioaccumulate up the food chain and can cause changes in physical, chemical and biological ecosystems, causing serious toxicity in living organisms. Accordingly, advanced techniques used in wastewater treatment are essential for the management of waste introduced into the environment. The objective of this study was to evaluate the ability of biosorption of metals such as chromium, lead and copper sheath of peach palm unmodified and modified by colonization of Agaricus blazei, furthermore examine also the biosorption of copper waste peach palm and sugarcane bagasse unmodified and colonized by Pleurotus eryngii. The fungal colonization in substrates of agricultural origin are intended to modify the physical and chemical characteristics of materials and improve interaction with metals. These changes were confirmed by means of infrared spectroscopy for the sheath of palm colonized by Agaricus blazei which showed minor changes in the peaks in the region between 1517-400 cm-1. The growth of Pleurotus eryngii in both sheath of peach palm as sugarcane bagasse showed greater changes in surface analysis by scanning electron microscopy, which were characterized by a greater increase wear and cracks in the fibers after colonization. In addition, it was determined the pH where the surface charge of the adsorbent is zero (pHPCZ), wherein, after the colonization of the micro-organism, an increase of the value of pH. Also tests were performed in batch systems containing metals separately, and the concentrations were determined by atomic absorption spectrophotometer with flame. We analyzed the adsorption function of pH, contact time, concentrations of metals, desorption capacity and thermodynamic factors. Biosorption of lead and chromium metal sheath of peach palm unmodified and modified by Agaricus blazei proved dependent on the pH of the solution, and found similar results for the adsorption of copper by biosorbents derived from sugarcane. The time required for adsorption of lead, chromium and copper sheath of peach palm fresh and colonized by Agaricus blazei was 90 minutes, longer for the adsorption of copper sheath of palm fresh and colonized by Pleurotus eryngii this time was equal to or less than 150 minutes, while the kinetics for all waste and ions showed the best results when adjusted by the equation of pseudo-second order. With these findings, the adsorption was measured as a function of ion concentration in order to obtain the maximum adsorption capacity of each adsorbent. We observed an improved capacity retention of metal ions after fungal colonization for all biosorbents tested. The sheath of peach palm containing Agaricus blazei exhibited the highest maximum adsorption capacity to interact with the lead ion (53 mg g-1). The adsorption isotherms were tested for mathematical models of Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevich and Temkin, all of which were suitable for the experimental adsorption equilibrium of lead, chromium and copper sheath of peach palm fresh and colonized by Agaricus blazei. However, the biosorption of copper sheath of peach palm and sugarcane bagasse, just the Dubinin-Radushkevich model did not fit the system. Front desorption, the results proved satisfactory for the divalent ions studied (lead and copper) for biosorbents derived from sheath of peach palm. Through thermodynamic study, it was found that the adsorptions are spontaneous exothermic and physical in nature. Thus, one can consider that fungal colonization is a potentiator of adsorption capacity of the sheath of peach palm and sugarcane bagasse, so these residues may be used to assist in the removal of metals from contaminated water, promoting a improving environmental quality.
Keywords
ligninolytic enzymes, fungal colonization, industrial by-products, metal retention.