Pesquisa
Biossorventes naturais a base de bagaço de cana-de-açúcar colonizado por basidiomicetos
Mestrado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Djalma Palin Junior
Orientador: Douglas Cardoso Dragunski
Defendido em: 16/12/2014
Resumo
A atividade industrial vem aumentando os níveis de metais tóxicos nos ecossistemas aquáticos naturais. Esses metais são em sua maioria originados de atividades das indústrias químicas, têxteis, refinarias de petróleo, galvanoplastia, curtumes, produção de baterias elétricas, motores a combustão e mineração. Trata-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 ambiente. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de biossorção dos metais cromo (Cr) e chumbo (Pb) em bagaço de cana-de-açúcar na forma in natura e modificada pela colonização dos fungos Agaricus subrufescens, Pleurotus eryngii, Pleurotus ostreatus, Lentinula edodes, Russula albida e Ganoderma lucidum. A colonização fúngica nos resíduos de origem agroindustrial visa modificar as características físicas e químicas do materiail biológico é melhorar a interação com os metais. Para avaliar a capacidade de biossorção do Cr (III) foi utilizado bagaço de cana-de-açúcar colonizado por A. subrufescens e P. eryngii. Analisou-se a adsorção em função do pH, tempo de contato, concentração do metal (isotermas de adsorção), capacidade de dessorção e fatores termodinâmicos. Utilizando microscopia eletrônica de varredura, observou-se um aumento da rugosidade. Em pH 5,0 ocorreu maior biossorção de íons metálicos, sendo que o menor tempo de equilíbrio adsorvente-adsorbato foi de 30 min. O sistema seguiu o modelo de pseudo-segunda ordem. Constatou-se biossorção máxima de 17,18 mg g-1 para o resíduo colonizado com P. eryngii, sendo duas vezes maior que o resíduo in natura. O sistema seguiu a isoterma de Langmuir. Devido aos baixos valores da energia de Gibbs o sistema tornou-se mais espontâneo energeticamente. Portanto, esse material apresenta grande potencial para equipar filtros na remoção de íons metálicos, possibilitando a descontaminação de sistemas aquáticos em um tempo mínimo, com uma grande viabilidade técnica. Para a avaliação da capacidade de biossorção de Pb (II) utilizou-se bagaço de cana-de-açúcar colonizado por P. ostreatus, L. edodes, R. albida e G. lucidum. A presença de grupos carbonilas, hidroxilas e grupos carboxílicos no biossorvente foram constatados por espectroscopia na região do infravermelho. Foram observadas, por microscopia eletrônica de varredura, modificações na morfologia das superfícies dos materiais colonizados. Em pH 5,0 ocorreu maior capacidade adsortiva, sendo que o menor tempo de equilíbrio adsorvente-adsorbato foi de 20 min, e o sistema seguiu o modelo de pseudo-segunda ordem. Nas isotermas, constatou-se biossorção máxima de 58,34 mg g-1 para o resíduo colonizado por P. ostreatus, e o sistema seguiu a isoterma de Langmuir. O processo de biossorção foi espontâneo energeticamente, e com baixos valores de dessorção. Portanto, a colonizaçãodo resíduo agroindustrial mostrou grande potencial para equipar filtros na remoção de Pb (II), na preservação dos recursos hídricos e da saúde humana. Baseado nos estudos realizados os fungos aumentam a biossorção de metais, sendo uma alternativa na produção de filtros.
Palavras-chave
adsorção; cromo; chumbo; resíduo agroindustrial
Abstract
Industrial activity has increased the levels of heavy metals in natural aquatic ecosystems. These metals are mostly originated of chemical industry, textile industry, oil refineries, electroplating, tannery, production of electric batteries, combustion engines and mining. These are inorganic chemicals substances, persistent in the environment, that bioaccumulate up the food chain and can cause changes in physical, chemical and biological ecosystems, causing serious toxicity problems in living beings. In this sense, advanced techniques used in the treatment of contaminated water are of fundamental importance for the management of waste introduced into the environment. The objective of this study was to evaluate the biosorption capacity of chromium and lead in sugarcane bagasse in natura and modified with fungal colonization of Agaricus subrufescens, Pleurotus eryngii, Pleurotus ostreatus, Lentinula edodes, Russula albida and Ganoderma lucidum. Fungal colonization in agroindustrial residues seeks to modify the physical and chemical characteristics of materials and improve the interaction with metals. To evaluate the biosorption capacity of Cr (III) was used bagasse from sugarcane modified with mycelium of Agaricus subrufescens and Pleurotus eryngii fungi. Adsorption was analyzed in function of pH, contact time, metal concentrations (adsorption isotherms) desorption capacity and thermodynamic factors. Using scanning electron microscopy, we observed an increase in roughness. At pH 5.0 showed a higher biosorption of metal ions, and the shorter adsorbent-adsorbate balance was 30 minutes. The system followed the pseudo-second order model. It was found maximum biosorption 17.18 mg g-1 for the residue modified with Pleurotus eryngii being twice that the residue in nature. The system followed the Langmuir isotherm. Because of low values of Gibbs energy the system became more spontaneous energy. Therefore, this material has great potential to equip filters in removing metal ions, enabling the decontamination of water systems in minimal time, with a large technical and economic feasibility. To evaluate the biosorption capacity of Pb (II) was used canesugar bagasse modified with fungal species Pleurotus ostreatus, Lentinula edodes, Russula albida. The presence of carbonyl, hydroxyl and carboxyl groups in biosorbent, were observed by spectroscopy in the infrared region. Were observed by scanning electron microscopy, changes in morphology of surfaces of modified materials. At pH 5 there was the greater adsorptive capacity and the shorter equilibrium adsorbent-adsorbate was 20 minutes, besides, the system followed the pseudo-second order model. In the isothermal, there was maximum biosorption 58.34 mg g-1 for residue modified with Pleurotus ostreatus, moreover, the system followed the Langmuir isotherm. The biosorption process was spontaneous energy, and low desorption values. Thus, the modification showed great potential to equip filters in removing Pb (II), with economic viability, which provides the preservation of water resources and human health. Based on the studies can be proved that the fungi action contributes to the increase in biosorption of these metals, which makes this product an excellent alternative to produce low cost filters.
Keywords
adsorption; chrome; lead; agroindustrial residue