Autores
Ribas, B.V. (INSTITUTO FEDERAL DO PARANÁ) ; Borges, A.R. (INSTITUTO FEDERAL DO PARANÁ) ; Giusti, E.D. (INSTITUTO FEDERAL DO PARANÁ)
Resumo
A alta necessidade de medidas que melhorem a qualidade da água tem sido buscada
atualmente, visando essa melhoria a biossorção utilizando de erva-mate como
biossorventes pode ser empregada na descontaminação de chumbo em águas. Entre
seus benefícios estão, a redução de gastos com técnicas tradicionais de
descontaminação, a sua utilização e sua eficiência em remoção de metais pesados
em baixas concentrações, baixa geração de resíduos e possibilidade de
reutilização do biossorventes.
Nesse sentido, a biossorção consiste na adsorção de metais pesados por meio da
utilização de resíduos como adsorventes, ou seja, a utilização de materiais
abundantes na natureza e que não requerem nenhum tratamento para seu uso.
Palavras chaves
BIOSSORÇÃO ; ERVA-MATE ; CHUMBO
Introdução
A água é um recurso natural abundante no planeta, essencial para a existência e
sobrevivência das diferentes formas de vida. Os impactos ambientais que possam
causar dano a esse recurso natural afetam todos os seres vivos (BRUNI, p. 53-65,
1993).
Os metais são encontrados na natureza e muitos são essenciais a vida humana.
Entretanto, em elevadas concentrações são tóxicos aos seres vivos e ao meio
aquático, pois podem bioacumular na cadeia alimentar, com persistência no meio
ambiente, já que quando dispostos de maneira inadequada contaminam a água (LIANG
et al., 2017; PASCALICCHIO, p. 13, 2000).
Efluentes domésticos e industriais, substâncias químicas de pesticidas e
fungicidas, utilizados principalmente na agricultura, e rejeitos da mineração
são grandes fontes de metais para o sistema aquático (PYLE et al. 2005). Dentre
os metais potencialmente tóxicos está o chumbo, o qual pode ser encontrado na
água potável através da corrosão de encanamentos, o chumbo é um dos metais mais
utilizados industrialmente, pois o mesmo tem uma maleabilidade e uma maior
resistência à corrosão. O chumbo tem sido estudado intensamente devido os seus
danos nocivos à fauna, flora, contaminação de águas superficiais e subterrâneas,
reservatórios de abastecimento de cidades, solos e à saúde dos seres humanos
(ANDRADE, 2001). Segundo PASSAGLI (2011, p. 318), a exposição ao chumbo pode
causar irritação, dor de cabeça, perda de memória, entre outros sintomas graves,
quando a uma exposição crônica sobre o sistema nervoso. Quando o efeito ocorre
no sistema periférico, o sintoma é a deficiência dos músculos.
Para a recuperação de águas contaminadas são utilizados vários tratamentos
convencionais como a Coagulação, Floculação, Decantação, e Filtração para a
Clarificação da água, seguida da Correção do pH, Desinfecção e Fluoretação
(BOTERO, 2009). Porém, ocorrem algumas desvantagens como os custos de operação
devido as falhas que se podem ocorrer durante o processo, a manutenção da
energia necessária e dos reagentes químicos para operar o sistema (ACHON, 2008).
Porém, uma alternativa eficiente e economicamente viável para a remoção de
metais potencialmente tóxicos do meio ambiente ocorre pela biossorção, a qual é
baseada na capacidade que alguns sólidos possuem de remover substâncias
solúveis, ou seja, a capacidade de ligação entre o metal e o adsorvente, que
pode ser bactérias, argila bentonita, o carvão ativado, a sílica, materiais
lignocelulósicos (DA SILVA, et al., p. 138, 2014).
Nesse sentido, o processo de biossorção apresenta algumas vantagens como: alta
eficiência removendo metais, baixo custo do biosorvente, possibilidade de
recuperação do metal extraído, também flexibilidade de variáveis operacionais
como de pH, pressão e temperatura (GUPTA e RASTOGI, 2008).
A parede celular é um importante responsável pela biossorção, uma vez que os
grupos funcionais localizados nas paredes dos biossorventes possuem grande
afinidade pela sorção de metais. O processo de biossorção de metais ocorre
através de complexação, coordenação, adsorção física, formação de quelatos,
troca iônica, precipitação inorgânica e/ou combinação destes processos (VOLESKY,
2007; ABDEL-GHANI, 2014).
A erva-mate é composta de lignina e celulose como constituintes principais.
Esses componentes são avaliados em diversos estudos por apresentarem grupos
funcionais com propriedades para atuarem nos mecanismos presentes na
biossorção(DAHLEM, et al, 2019).
A erva-mate é uma árvore nativa da América do Sul, encontrada no Sudoeste do
Paraguai, Norte da Argentina e nos estados do Sul do Brasil (Mato Grosso do Sul,
Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul) (GERHARDT, 2006, p. 17). Em 1820 o
naturalista francês Auguste de Saint-Hilaire, coletou exemplares da planta nas
proximidades de Curitiba e classificou o mate, como Ilex paraguariensis St. Hill
da família Aquifoliaceae (KOOP, 2014, p. 18).
O Brasil é o principal produtor de erva-mate do mundo, com 880 mil toneladas
produzidas no ano de 2019, seguido pela Argentina com 837 mil toneladas e o
Paraguai com uma produção de 171 mil toneladas (DERAL, 2020 p. 01).
Aproximadamente, 80% da produção brasileira de erva-mate destinam-se ao mercado
interno, em que 96% são consumidas como chimarrão e 4% na forma de chás e outros
usos (EMBRAPA, 2017).
Tendo em vista tais fatos, este trabalho tem como objetivo, avaliar o potencial
da erva-mate de chimarrão comercializada e da erva-mate após o uso para uso como
biossorvente de chumbo em águas, visando assim a economia de recursos com a
utilização de material renovável e contribuindo assim com uma metodologia mais
sustentável.
Material e métodos
PREPARAÇÃO DA BIOMASSA E DA SOLUÇÃO DE CHUMBO
A erva-mate como biossorvente foi investigada de duas maneiras: comercial e após
o preparo do chimarrão. A erva-mate comercial foi seca em estufa a 90 °C por 1
hora, enquanto a erva-mate após o uso foi seca por 2 horas a 100 °C em estufa.
Os materiais foram triturados em moinho de facas e peneirados em peneiras de
poliéster de 354 µm.
PONTO DE CARGA ZERO
A fim de determinar o pH o ponto de carga zero (PCZ) é o valor em que a adsorção
de íons (H+ e OH-) é igual, onde ocorre o cruzamento entre as diferentes curvas
eletrolíticas (PÉREZ, et al, p. 249, 2017). O ponto de carga zero é importante
porque permite prever a carga na superfície do adsorvente em função do seu pH e,
desta forma, avaliar porque dependendo do pH da solução a adsorção ocorre de
maneira mais eficiente do que em outro (DA SILVA, et al, 2010).
A determinação do ponto de carga zero do biossorvente é um índice conveniente da
tendência de uma superfície se tornar positiva ou negativamente carregada em
função do pH. Para esta determinação, foram utilizadas 11 soluções com os
seguintes pH: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11 e 12 preparadas com solução de NaOH
ou HCl 0,1 mol L-1.
Foram adicionados 50 mg de biossorvente em 50mL de cada solução, o sistema foi
mantido sob agitação a temperatura ambiente durante 24 horas. Após este período,
os valores do pH final foram novamente verificados.
ESTUDO DO TEMPO DE CONTATO
A fim de investigar o melhor tempo para o processo de biossorção, 50 mg de cada
biomassa foi adicionada à 50 mL de solução de 2 mg L-1 de zinco. Os sistemas
permaneceram sob agitação a pH 8 nos tempos de: 30 min, 1 hora, 3 horas, 6
horas, 9 horas, 12 horas e 24 horas. Após cada tempo, a solução foi filtrada a
vácuo e a determinação de zinco foi realizada na Central de Análises da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Pato Branco por Espectrometria
de Absorção Atômica de Chama (PinAAcle 900T, Perkin Elmer).
Para a eficiência de remoção do íon metálico da solução aquosa, foi utilizado a
seguinte Equação: Remoção (%)=(C_o-C_e)/(C_o ) em que: C0: concentração inicial
(mg L-1); Ce: concentração no equilíbrio (mg L-1).
Resultado e discussão
PONTO DE CARGA ZERO (PZC)
A determinação do ponto de carga zero do biossorvente é um índice que uma
superfície tem de se tornar positiva ou negativamente carregada em função do seu
pH. Para os valores de pH inferiores ao pH do PZC, a carga superficial é
positiva o que favorece a adsorção e para valores de pH superiores ao pH do PZC,
a carga superficial é negativa e a adsorção de cátions é favorecida (ELLIOTT;
HUANG, 1981). O ponto de carga zero corresponde que o pH se mantém constante,
depois do sistema ter atingido o equilíbrio.
O valor do pH da solução é um dos fatores que mais afeta a sorção de metais
pesados. A sorção aumenta com o aumento do valor de pH, devido ao aumento da
densidade de carga negativa na solução, gerando sítios ativos para interação
como metal pesado. Além de mudar o estado dos sítios da ligação metálica,
valores extremos de pH, como os usados na regeneração (dessorção), podem
danificar a estrutura do material biossorvente (KUYUCAK et al, p. 809-814,
1989).
O ponto de carga zero relativo à erva-mate comercial e a erva-mate após o uso
encontra-se no gráfico 1.
A partir desses dados foi possível calcular o ponto de carga zero, nesse caso
foi 7,1 para a erva-mate comercial e 6,2 para a erva-mate após o uso dp
chimarrão. Quando um material sólido entrar em contato com uma solução líquida
com pH abaixo do PCZ, a superfície é carregada positivamente e muitos ânions são
adsorvidos para balancear as cargas positivas. Assim, os adsorventes são mais
eficazes para a remoção, por exemplo, de materiais aniônicos (RIBEIRO et al.,
2011). Portanto, para este estudo foi escolhido o pH 8 para o seguimento dos
estudos. O valor de pH foi elevado para 8 a fim de possibilitar uma melhor
desprotonação, deixando a superfície negativamente carregada, o que favorece a
interação eletrostática.
TEMPO DE CONTATO
Para avaliar a capacidade de remoção de chumbo quando em contato com as
biomassas de erva-mate, foram realizados testes em cinco diferentes tempos com a
solução padrão de Pb (NO3)2.
O gráfico 2 mostra os resultados obtidos nas análises de chumbo das soluções
iniciais, tratadas com as biomassas de erva-mate.
Assim, observou-se a ótima eficiência na remoção de chumbo pela biomassa de
erva-mate comercial, chegando a uma média de 83%. A média de remoção para a
biomassa da erva-mate após o uso foi de 84%. Observa-se que à medida que a
solução vai ficando mais tempo em contato com a biomassa a quantidade de chumbo
adsorvido diminui isso acontece porque indicam a saturação dos poros o que
independem de os mesmos removerem os íons de cobre na solução. Além disso, um
tempo menor visa a diminuição do custo energético referentes ao processo de
agitação da mistura.
Os valores obtidos foram próximos ao de MEUER e VARGAS (2019) que obteve remoção
de 88,6% e 85,1% de chumbo ao se utilizar a biomassa de erva-mate. Nesse estudo
foram feitas duas biomassas de erva-mate, uma ativada com ZnCl2 e outra não,
assim segundo MEUER e VARGAS a biossorção feita com a erva-mate sem ser ativada
obteve-se melhor desempenho. Também foram muito próximos ao MONTEIRO et al,
(2012), que chegaram a uma remoção de 90% de chumbo ao testarem adsorção com
palha de côco.
Gráfico 1- Ponto de carga zero dos biossorventes de erva mate comercial e após o uso no chimarrão
Gráfico 2- Concentrações de remoção do chumbo Figura 1- Percentuais de remoção do chumbo
Conclusões
Este artigo apresentou os dados relativos à remoção de metais da água a partir do
método de adsorção com biomassa, que foi obtido do resíduo de erva-mate
proveniente de chimarrão consumido e de erva-mate comercial. Verificou-se ser este
um método eficiente e alternativo para a remoção de chumbo da água.
Em relação aos ensaios de absorção, pode-se concluir que a capacidade de adsorção
depende do pH inicial da solução e do tempo de contato, onde pode-se observar que
a erva-mate é capaz de realizar a biossorção de metais, com uma porcentagem de 83%
para a erva-mate comercial e 84% para a erva-mate após o uso no chimarrão. Os
resultados apresentados nesse estudo demonstraram que a biomassa de erva-mate pode
ser utilizada para a adsorção de íons chumbo como uma alternativa eficiente a fim
de, evitar a contaminação dos corpos d’água, o qual consiste em um método barato
diante de outras técnicas empregadas.
Agradecimentos
Auxílio PIAP IFPR 2021
Referências
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