Orientadores: Meuris Gurgel Carlos da Silva, Sirlei Jaiana Kleinübing

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Este trabalho teve como objetivo avaliar a bioadsorção dos íons Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+ e Zn2+ pela macrófita aquática Limnobium spongia em sistema estático. Diagramas de especiação em função do pH, foram simulados usando o software HYDRA, de modo a se conhecer as diferentes espécies em meio...

Resumo: Este trabalho teve como objetivo avaliar a bioadsorção dos íons Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+ e Zn2+ pela macrófita aquática Limnobium spongia em sistema estático. Diagramas de especiação em função do pH, foram simulados usando o software HYDRA, de modo a se conhecer as diferentes espécies em meio aquoso, nas condições estudadas. Observa-se que em pH<5,0 não ocorre precipitação para todos os íons estudados. A técnica de Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR) foi utilizada para identificação dos grupos funcionais presentes no bioadsorvente, que poderiam estar envolvidos no processo de bioadsorção. Observou-se que os grupos aminos, amidas e ácidos carboxílicos participam do processo de bioadsorção dos íons metálicos estudados. Para análise da superfície do bioadsorvente nas diferentes condições estudadas foi utilizada a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A técnica de EDX (Espectroscopia de Raios X por Energia Dispersiva) acoplada a MEV foi utilizada para caracterizar as espécies naturalmente presentes na macrófita e fazer um mapeamento da distribuição das diferentes espécies metálicas bioadsorvidas. Verificou-se grande quantidade de íons Mg2+, Na2+, Al3+, e Ca2+, naturalmente presentes na macrófita e redução destes íons após a bioadsorção dos íons metálicos estudados, indicando que o mecanismo de troca iônica pode estar ocorrendo. Modificações químicas da biomassa foram efetuadas a fim de aumentar a sua capacidade de bioadsorção. O tratamento com NaOH (0,1M) provocou uma elevação na capacidade de remoção de 35, 20, 10, 11 e 15% para os íons Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+ e Zn2+, respectivamente. Foi realizado um estudo estático (cinético e de equilíbrio) da bioadsorção das diferentes espécies metálicas pela macrófita L. spongia nas temperaturas de 20, 30 e 40 ºC. Pelo estudo cinético observa-se que nos primeiros 90 minutos o sistema macrófita/íon metálico entra em equilíbrio para todas as espécies estudadas. As quantidades máximas adsorvidas, de acordo com o modelo de Langmuir foram de 0,65; 1,29; 0,69 e 0,83 mmol g-1, para os íons Cd2+, Pb2+, Ni2+ e Zn2+, respectivamente, na temperatura de 40 °C e 0,83 mmol g-1 para o Cu2+ na temperatura de 20 °C. Diferentes soluções eluentes foram testadas na dessorção dos diferentes íons metálicos. Foram estudados, ainda, três ciclos de bioadsorção/dessorção, sendo verificado que a macrófita manteve suas características de bioadsorção

Abstract: This study had the objective of evaluating the bioadsorption of Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+ and Zn2+ by macrophyte Limnobium spongia in static system. Speciation diagrams as a function of pH were simulated using the software HYDRA, in order to know the various species in the aqueous solutions...

Abstract: This study had the objective of evaluating the bioadsorption of Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+ and Zn2+ by macrophyte Limnobium spongia in static system. Speciation diagrams as a function of pH were simulated using the software HYDRA, in order to know the various species in the aqueous solutions under the conditions studied. It is observed that at pH <5.0, precipitation does not occur for all ions studied. The Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) technique was used to identify the functional groups presented in biosorbent, which could be involved in the bioadsorption process. In order to analyze the biosorbent surface in different conditions, the Scanning Electron Microscopy (SEM) was used. The EDX (Energy Dispersive Spectroscopy X ray) technique coupled with SEM was used to characterize the own species of macrophytes and to map the distribution of the various metal species on the bioadsorbent surface. There was a large amount of Mg2+, Na2+, Al3+, and Ca2+ ions naturally presented in the macrophyte and the reduction of these ions after bioadsorption, indicating that the ion exchange mechanism may be occurring. Biomass chemical modifications were performed in order to increase by bioadsorption capacity. The treatment with NaOH (0.1 M) caused an increase in the removal capacity of 35, 20, 10, 11 and 15% for Cd2+, Cu2+, Pb2+, Ni2+ and Zn2+, respectively. A bioadsorption static study was conducted (kinetic and equilibrium) of different metal species by macrophyte at temperatures of 20, 30 and 40 ºC. The kinetic study shows that in 90 minutes the system macrophyte / metal ion comes into equilibrium for all species. The maximum bioadsorbed amounts, according to the Langmuir model, were 0.65, 1.29, 0.69 and 0.83 mmol g-1 for Cd2+, Pb2+, Ni2+ and Zn2+, respectively, at a temperature of 40 ºC and 0.83 mmol g-1 for Cu2+ at 20ºC. Different eluents were tested in solutions of different metal ions desorption. Furthermore, the study of three biosorption/desorption cycles were made and it was verified that the macrophyte kept their biosorption characteristics