Pesquisa
Biossorção de metais pesados utilizando resíduos de macadâmia (Macadamia integrifólia) in natura e quimicamente tratados
Mestrado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Naiza Vilas Boas
Orientador: Antonio Laverde Junior
Defendido em: 29/02/2012
Resumo
As principais fontes de poluição por metais tóxicos são provenientes principalmente dos efluentes industriais, mineração e lavouras. Vários métodos são utilizados para a remoção destes íons metálicos em solução aquosa, sendo a adsorção um dos mais empregados. Porém, procuram-se materiais adsorventes que sejam eficientes, seletivos e de baixo custo, assim a utilização de resíduos provenientes da agroindústria na remoção de íons em solução vem apresentando resultados satisfatórios. Por estas razões, o objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de adsorção de metais tóxicos como: cobre (II), chumbo (II) e cromo (III) em resíduos provenientes da macadâmia. No estudo da adsorção para o íon cobre (II) foi utilizado o mesocarpo e endocarpo nas formas in natura e tratados quimicamente com NaOH e NaOH/ácido cítrico, entretanto, para os íons chumbo (II) e cromo (III) empregou-se o mesocarpo in natura e tratado quimicamente com NaOH, devido aos resultados preliminares obtidos com o cobre (II). As modificações químicas visam aumentar a porosidade do adsorvente, pela retirada da lignina, comprovadas pela microscopia eletrônica de varredura (MEV), além de introduzir grupos carboxilatos na estrutura destas biomassas. Estas alterações foram confirmadas por meio da espectroscopia na região do infravermelho, indicando o surgimento de grupos funcionais em 1710 cm-1 (reação com ácido cítrico) e modificações na banda 1420 cm-1 e desaparecimento dos picos em 1350 e 1242 cm-1, referentes à retirada da lignina pela adição de NaOH. Além disso, também se determinou o pH onde a carga da superfície do adsorvente é zero (pHpcz), em que, após a modificação com NaOH, ocorreu um aumento, e com a adição do ácido cítrico, teve-se uma diminuição do valor deste pH. Os experimentos de adsorção foram realizados em batelada utilizando separadamente cada íon, as suas concentrações foram determinadas por espectrofotômetro de absorção atômica com chama. Para o sistema de adsorção foram analisados o pH, tempo de contato, isotermas de concentração, temperatura e a dessorção. Em relação ao pH, observou-se maior adsorção na faixa de 5 a 6, para a maioria dos resíduos, desta forma optou-se por trabalhar em pH 5 para evitar uma precipitação do íon metálico. O tempo necessário para adsorção de cobre (II) foi de 140 minutos e para adsorção de chumbo (II) e cromo (III) foi de 200 minutos, aproximadamente, sendo que a cinética, para todos os resíduos e íons, seguiu um comportamento descrito 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. Constatou-se que, principalmente, após a modificação com NaOH ocorreu um aumento significativo na adsorção dos íons, sendo que para o cobre (II) foi de 28,82 mg g-1, para chumbo (II) e cromo (III) 91,40 e 81,63 mg g-1, respectivamente. Ao aplicar modelos matemáticos, observou-se que a adsorção de cobre (II) pode ser explicada tanto pelo modelo de Freundlich quanto pelo modelo de Langmuir, já para chumbo (II) e cromo (III) é explicado pelo modelo da Langmuir. Para os valores termodinâmicos, adsorção em função da temperatura, pode-se verificar que o sistema é espontâneo para todos, comprovado pelos valores negativos da energia de Gibbs, os quais foram ainda maiores para a modificação com NaOH. Este resíduo também apresentou um bom valor de dessorção para os três íons, podendo se reutilizado novamente. Portanto, os resíduos de macadâmia modificados com NaOH se apresentaram como bons candidatos a equiparem futuros filtros para tratamentos de efluentes com estes íons metálicos.
Palavras-chave
adsorção, adsorção - cobre (II), adsorção - chumbo (II), adsorção - cromo (III), *Macadamia integrifólia*.
Title
The heavy metal absorption using fresh macadamia waste (*Macadamia integrifolia*) and chemically treated.
Abstract
The main sources of pollution by toxic metals come primarily from industrial effluents, mining and farming. Thus, various methods are used for removing these metal ions in aqueous solution, being the absorption one of the most used. However , we seek adsorbent materials that are efficient, selective and low cost, so the use of agro-industrial waste for the removal of ions in solution has been showing satisfactory results. For these reasons, the objective of this study was to evaluate the adsorption capacity of toxic metals such as copper (II), lead (II) and chromium (III) in waste from the macadâmia nuts. In the study of absorption for the copper ion (II) was used the mesocarp and the endocarp in fresh and chemically treated with NaOH and NaOH / citric acid, however, for the ions lead (II) and chromium (III) we used mesocarp fresh and chemically treated with NaOH due to the preliminary results obtained with copper (II). The chemical modifications aims to increase the porosity of the adsorbent for the removal of lignin, confirmed by scanning electron microscopy (SEM), as well as introducing carboxylate groups in the structure of these biomasses. These changes were confirmed by spectroscopy in the infrared area, indicating the development of functional groups at 1710 cm-1 (reaction with citric acid) and changes in the band 1420 cm-1 and disappearance of the peaks at 1350 and 1242 cm-1 to the removal of lignin by addition of NaOH. Furthermore, it was determined the pH where the surface charge of the adsorbent is zero (pHpcz), in which, after modification with NaOH, an increase occurred, and with the addition of citric acid had a decrease of the value of pH. adsorption experiments were conducted in batch mode using each ion separately, their concentrations were determined by atomic absorption spectrophotometer with flame. the adsorption system were analyzed the pH, contact time, isotherms concentration, temperature and disorption. With regard to pH, was observed a higher adsorption in the range 5-6 for the majority of residues, so was chosen to work at pH 5 to prevent precipitation of metal ion. The time required for adsorption of copper (II) was 140 minutes for adsorption of lead (II) and chromium (III) was 200 minutes approximately and that the kinetics for the waste and ions, followed a behavior described by the equation of pseudo - second order. With these results it was evaluated the absorption on function of ion concentration in order to obtain the maximum absorption capacity of each absorbent. It was found that, especially after modification with NaOH there was a significant increase in adsorption of ions, and for the copper (II) was 28.82 mg g-1 for lead (II) and chromium (III) 91 , 40 mg and 81.63 g-1, respectively. By applying the mathematical models, it was observed that the adsorption of copper (II) may be due to both the Freundlich model and Langmuir model, as to lead (II) and chromium (III) is explained by the Langmuir model. For the thermodynamic values, absorption in funtion of temperature may be seen that the system is spontaneous for all, as confirmed by negative values of the Gibbs energy, which was even higher for the modification with NaOH. This residue also had a good amount of desorption for all three ions, can be reused again. Therefore, macadamia waste modified with NaOH are presented as good candidates to be fitted to future filters for effluent treatment with these metal ions.
Keywords
adsorption, adsorption - copper (II), adsorption - lead (II), adsorption - chromium (III), *Macadamia integrifolia*.