In this thesis, the interactions of U(VI) with one representative each of the domains Bacteria (Paenibacillus sp. JG TB8) and Archaea (Sulfolobus acidocaldarius) are compared. We demonstrate that at highly acidic conditions (pH ≤ 3), U(VI) is bound to cells of the both strains exclusively via organic phosphate groups. In contrast to this, the U(VI) complexation modes differ between the studied strains at moderate acidic conditions. These differences are assigned to the different cell wall structures of both strains as well as to their different physiological characteristics. We also demonstrate that the aeration conditions can strongly influence the uranium accumulation of facultative anaerobic microorganisms at moderate acidic pH conditions. This finding could clearly be assigned to the dependency of the intrinsic phosphatase activity on the aeration conditions. The second part of this thesis deals with the outermost surface layer (SlaA-layer) of S. acidocaldarius. It was shown that this surface protein is not involved in the U(VI) complexation at highly acidic conditions, covering the physiological pH optimum of S. acidocaldarius. Hence the SlaA layer does not provide a protective function against U(VI) to the cells of this acidophilic archaeon. However, we demonstrated that purified SlaA-layer ghosts (i.e. empty cell sacculi) efficiently interact with gold ions and are a good macromolecular template for the formation of magnetic gold nanoparticles. / In dieser Doktorarbeit werden die Wechselwirkungen von U(VI) mit je einem Vertreter der Bakterien (Paenibacillus sp. JG TB8) und Archeen (Sulfolobus acidocaldarius) verglichen. Wir konnten zeigen, dass U(VI) im sehr sauren Milieu (pH ≤ 3) ausschließlich durch organische Phosphatgruppen an die Zellen beider Stämme gebunden ist. Im Gegensatz dazu unterscheiden sich die Mechanismen der U(VI)-Komplexierung beider untersuchter Stämme bei mäßig sauren Bedingungen voneinander. Diese Unterschiede basieren auf den unterschiedlichen Zellwandstrukturen und physiologischen Eigenschaften beider Stämme. Wir konnten außerdem zeigen, dass die atmosphärischen Bedingungen die Urankomplexierung durch fakultativ anaerobe Mikroorganismen bei mäßig sauren Bedingungen stark beeinflussen kann. Dieses Ergebnis konnte eindeutig auf die von den atmosphärischen Bedingungen-abhängige, enzymatische Aktivität der zelleigenen Phosphatase zurückgeführt werden. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der äußeren Oberflächenschicht (SlaA-layer) von S. acidocaldarius. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Oberflächenprotein nicht an der U(VI)-Komplexierung bei stark sauren pH, welcher dem physiologischen pH Optimum von S. acidocaldarius entspricht, beteiligt ist. Damit stellt der SlaA-layer keinen Schutz gegen Uran für die Zellen dieses azidothermophilen Archaeons dar. Allerdings konnten wir zeigen, dass isolierte „SlaA-layer ghosts“ (d.h. leere Zellhüllen) mit Goldionen interagieren und sich daher als makromolekulares Template für die Herstellung magnetischer Gold Nanopartikel eignen.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-04-23Bitstream added on 2014-06-13T20:35:42Z : No. of bitstreams: 1 silva_lj_me_sjrp.pdf: 1135399 bytes, checksum: 5c78b7f4373a9244db399ef5e02efdad (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Os polímeros microbianos extracelulares (exo-biopolímeros) são moléculas que apresentam um grande potencial de aplicação nas indústrias de alimentos, farmacêuticas, petrolíferas, de cosméticos, têxteis, de papéis, tintas, produtos agrícolas entre outras. Como biorremediadores, podem ser utilizados na remoção de metais pesados em ambientes aquáticos poluídos, atuando como agentes de biossorção por meio da acumulação de nutrientes a partir do meio ambiente. O objetivo do trabalho foi a produção de exobiopolímeros a partir de três Ascomicetos endofíticos (Colletotrichum sp., Guignardia sp. e Phomopsis sp.). Foi selecionado o fungo que apresentou a maior produção desse material biológico. Tanto esse exo-biopolímero quanto a biomassa foram avaliados quanto aos seus potenciais de biossorção dos íons metálicos chumbo (Pb+2) e cádmio (Cd+2). Para a obtenção do meio de cultivo utilizado para a produção de exo-biopolímeros, foram testados o meio mínimo de sais de Vogel modificado com diferentes fontes de nitrogênio definidas e glicose como única fonte de carbono. Em seguida, foi realizado um planejamento fatorial 3(3-0) com 27 experimentos em duplicata, onde as variáveis independentes foram o tempo, temperatura de cultivo e a concentração inicial de glicose. O fungo Colletotrichum sp. apresentou a maior produção de exo-biopolímero (5,71 gL-1) utilizando a uréia como fonte de nitrogênio, em cultivo a 28 ºC, 150 rpm e glicose 6 % (p/v) em 192 horas de cultivo. A execução do planejamento fatorial demonstrou que a produção de biomassa seca foi favorecida por faixas de temperatura e concentração inicial de glicose entre 24 e 32 ºC e 35 e 75 gL-1, respectivamente. A produção de exo-biopolímero foi favorecida por faixas de temperatura e concentração... / The microbial extracellular polymer (exo-biopolymers) are molecules that have a great potential for application in the industries of food, pharmaceutical, oil, cosmetics, textiles, paper, paints, agricultural products and others. As bioremediation, can be used in the removal of heavy metals in polluted aquatic environments, acting as agents of bioremediation through the accumulation of nutrients from the environment. Objective of this study was to produce exo-biopolymer from three endophytic Ascomycota (Colletotrichum sp., Guignardia sp. and Phomopsis sp.). Then, was selected the fungus that showed the highest production of exobiopolymer. Both the exo-biopolymer and biomass were assessed for their potential of biosorption of metallic ions lead (Pb+2) and cadmium (Cd+2). To obtain the culture medium used for the production of exo-biopolymers, was tested a minimal medium salts of Vogel modified with different nitrogen sources and glucose defined as the only carbon source. Next, was performed a factorial design 3(3-0) with 27 experiments in duplicate, where the independent variables were the time and temperature of cultivation and the initial concentration of glucose. Colletotrichum sp. had the highest production of exo-biopolymer (5.71 gL-1) using urea as the nitrogen source in cultivation at 28 ºC, 150 rpm, and glucose 6% (w/v) in 192 hours of culture. The implementation of the factorial design showed that the dry biomass production was enhanced by a range of temperatures and initial concentration of glucose between 24 and 32 ºC and 35 and 75 gL-1, respectively. The production of exobiopolymer was favored by a range of temperatures and initial concentration of glucose between 24 and 36 ºC and 35 and 70 gL-1, respectively. In the experiment, the fungus Colletotrichum sp. produced 6.11 gL-1 of... (Complete abstract click electronic access below)

In this thesis, the interactions of U(VI) with one representative each of the domains Bacteria (Paenibacillus sp. JG TB8) and Archaea (Sulfolobus acidocaldarius) are compared. We demonstrate that at highly acidic conditions (pH ≤ 3), U(VI) is bound to cells of the both strains exclusively via organic phosphate groups. In contrast to this, the U(VI) complexation modes differ between the studied strains at moderate acidic conditions. These differences are assigned to the different cell wall structures of both strains as well as to their different physiological characteristics. We also demonstrate that the aeration conditions can strongly influence the uranium accumulation of facultative anaerobic microorganisms at moderate acidic pH conditions. This finding could clearly be assigned to the dependency of the intrinsic phosphatase activity on the aeration conditions. The second part of this thesis deals with the outermost surface layer (SlaA-layer) of S. acidocaldarius. It was shown that this surface protein is not involved in the U(VI) complexation at highly acidic conditions, covering the physiological pH optimum of S. acidocaldarius. Hence the SlaA layer does not provide a protective function against U(VI) to the cells of this acidophilic archaeon. However, we demonstrated that purified SlaA-layer ghosts (i.e. empty cell sacculi) efficiently interact with gold ions and are a good macromolecular template for the formation of magnetic gold nanoparticles. / In dieser Doktorarbeit werden die Wechselwirkungen von U(VI) mit je einem Vertreter der Bakterien (Paenibacillus sp. JG TB8) und Archeen (Sulfolobus acidocaldarius) verglichen. Wir konnten zeigen, dass U(VI) im sehr sauren Milieu (pH ≤ 3) ausschließlich durch organische Phosphatgruppen an die Zellen beider Stämme gebunden ist. Im Gegensatz dazu unterscheiden sich die Mechanismen der U(VI)-Komplexierung beider untersuchter Stämme bei mäßig sauren Bedingungen voneinander. Diese Unterschiede basieren auf den unterschiedlichen Zellwandstrukturen und physiologischen Eigenschaften beider Stämme. Wir konnten außerdem zeigen, dass die atmosphärischen Bedingungen die Urankomplexierung durch fakultativ anaerobe Mikroorganismen bei mäßig sauren Bedingungen stark beeinflussen kann. Dieses Ergebnis konnte eindeutig auf die von den atmosphärischen Bedingungen-abhängige, enzymatische Aktivität der zelleigenen Phosphatase zurückgeführt werden. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der äußeren Oberflächenschicht (SlaA-layer) von S. acidocaldarius. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Oberflächenprotein nicht an der U(VI)-Komplexierung bei stark sauren pH, welcher dem physiologischen pH Optimum von S. acidocaldarius entspricht, beteiligt ist. Damit stellt der SlaA-layer keinen Schutz gegen Uran für die Zellen dieses azidothermophilen Archaeons dar. Allerdings konnten wir zeigen, dass isolierte „SlaA-layer ghosts“ (d.h. leere Zellhüllen) mit Goldionen interagieren und sich daher als makromolekulares Template für die Herstellung magnetischer Gold Nanopartikel eignen.

<p>Cilj ove doktorske disertacije je bio da se ispita mogućnost primene izluţenih rezanaca &scaron;ećerne repe i njihovih tretiranih oblika, nastalih u procesu proizvodnje bioetanola, kao biosorbenata za uklanjanje jona te&scaron;kih metala iz vode. U okviru eksperimenata, u laboratorijskim uslovima izvedeni su predtretman i hidroliza izluženih rezanaca kako bi se dobili tretirani oblici, a zatim je izvr&scaron;ena karakterizacija adsorbenata, ispitane njihove adsorpcione sposobnosti, utvrđeni najbolji uslovi za njihovu primenu i ispitana mogućnost njihove vi&scaron;estruke primene u obradi vode.<br />U okviru karakterizacije materijala određen je njihov sastav, specifiĉna povr&scaron;ina i poroznost, ispitana povr&scaron;ina primenom FTIR i EDS metode i kvantifikovana količina pojedinih funkcionalnih grupa prisutnih na povr&scaron;ini primenom Boehm-ove titracije. Na osnovu FTIR metode pre i posle adsoprcije utvrđeno je koje grupe učestvuju u vezivanju jona metala.<br />Ispitan je i uticaj razliĉitih parametara na adsorpciju (vreme kontakta adsorbenta i adsorbata, veličina čestice, pH, temperatura, primenjena doza adsorbenta, jonska jačina, su&scaron;enje) radi utvrđivanja najboljih uslova za maksimalnu efikasnost.<br />Kako bi se stekao bolji uvid u sam proces adsorpcije jona na povr&scaron;inu adsorbenata, na eksperimentalne podatke primenjeni su različiti modeli adsorpcionih izotermi, a mehanizam vezivanja je detaljnije razmotren primenom kinetiĉkih modela. Primenom termodinamičkih modela utvrđena je priroda procesa.<br />Radi vi&scaron;estruke primene ovih ekolo&scaron;kih biosorbenata ispitana je i mogućnost regeneracije materijala razliĉitim kiselinama kao desorbensima i utvrđeno optimalno vreme desorpcije. Ispitana je primena kroz vi&scaron;e uzastopnih ciklusa adsorpcija &ndash; desropcija. Rezultati su pokazali da ispitani materijali imaju zadovoljavajući adsorpcioni kapacitet, ali da se mogu primenjivati i vlažni, odmah nakon procesa ekstrakcije &scaron;ećera, depektinacije i hidrolize, bez utro&scaron;ka energije za su&scaron;enje. Pored toga, utvrđeno je da se mogu regenerisati i koristiti uspe&scaron;no vi&scaron;e puta, &scaron;to otvara mogućnost za njihovu primenu u praksi.</p> / <p>The aim of this PhD thesis was to investigate the possibility of usage of sugar beet shreds and their treated forms from the bioethanol production for removal of heavy metal ions from water. In the context of experiments, pretreatment and hydrolysis of sugar beet shreds were performed in order to obtain treated forms. The characterization of biosorbents was conducted and their adsorption capacity was investigated. Also, the optimal conditions for their implementation and the possibility of their multiple applications for water treatment were determined.<br />Within the characterization of materials their composition, specific surface area and porosity were determined. The surface of biosorbents was investigated by using FTIR and EDS methods. The amount of the functional groups present on the surface was quantified by Boehm&#39;s titration. On the basis of the FTIR method before and after adsorption it was determined which functional groups participate in the binding process.<br />The influence of various parameters on the adsorption (contact time of the adsorbent and adsorbate, particle size, pH, temperature, adsorbent dose, ionic strength, drying process) were examined in order to determine the best conditions for maximum efficiency.<br />For better insight into the process of adsorption of ions on the surface of the adsorbents, different models of adsorption isotherms were applied to experimental data. Mechanism of adsorption was determined by applying different kinetic models. The nature of the process was investigated by determining thermodynamic parameters.<br />The multiple applications of these eco-friendly biosorbents was examined by regeneration investigation. The optimal time of desorption was determined and different acids were used for regeneration study. The multiple cycles adsorption &ndash; desorption was also conducted.<br />The results showed that the investigated materials have a satisfactory adsorption capacity. They can also be applied wet, immediately after the process of sugar extraction, depectination and hydrolysis, without the energy consumption for drying. In addition, it was found that they can be regenerated and successfully used several times. This opens up the possibility for their practical application.</p>

L’industrie de traitement de surfaces (TS) utilise de nombreux produits chimiques, en particulier des métaux toxiques et des substances organiques, qui sont connus pour être nocifs vis-à-vis des humains et de l’environnement. En raison d’une réglementation de plus en plus stricte, les effluents contenant des métaux lourds (Zn, Cu, Ni, Fe, Al, Cr, etc.) et de la charge organique caractérisée par le paramètre DCO (demande chimique en oxygène) doivent être traités. Il existe une grande variété de procédés de traitement des eaux usées provenant de la filière traitement de surface. En général, les systèmes conventionnels dedétoxification se composent principalement d’un ajustement de pH, d’une oxydation des cyanures et d’une réduction des chromes, suivi d’une précipitation sous forme d’hydroxydes et d’une clarification, et parfois d’une étape d’adsorption sur charbonpour enlever la DCO résiduelle. Cependant, la technologie sur charbon actif présente plusieurs problèmes tels que la saturation rapide et des problèmes de colmatage et de régénération des réacteurs. Comme les résines d’échange d’ions, leur utilisation est restreinte due au coût élevé. Pour ces raisons, la plupart des petites et moyennes entreprises ne peuvent pas utiliser de tels traitements. Ainsi, afin de répondre à ces problématiques, de nombreuses études sont menées pour trouver des alternatives peu coûteuses, qui soient efficaces et acceptables pour un usage industriel. Dans cette étude, la bio-adsorption sur un bio-adsorbant d’amidon réticulé a été utilisée pour retenir les métaux et la DCO contenus dans différents effluents industriels. L’adsorption a été étudiée en fonction du temps de contact, de la masse d’adsorbant et de la charge polluante (concentration, nature). L’influence de ces paramètres sur l’efficacité d’adsorption a été évaluée en utilisant une méthode conventionnelle en mode cuvéedite méthode en batch. Les résultats ont montré que le matériau présente des capacités d’adsorption élevées vis-à-vis des ions métalliques, ce qui permet de diminuer les concentrations métalliques en dessous des valeurs réglementaires. Des résultats similaires ont été obtenus vis-à-vis de la charge organique, et ceci quelque soit le type d’effluent. Afin d’évaluer l’impact des rejets industriels provenant de quatre entreprises différentes de TS, nous avons effectué des tests écotoxicologiques normalisés basés sur l’utilisation de graines de laitue Lactuca sativa. Nous avons mesuré le taux de germination, la longueur et la masse deslaitues. Les résultats ont permis de comparer la toxicité des quatre rejets: les rejets contenant du cuivre et du nickel ont un impactbeaucoup plus élevé que ceux contenant du zinc ou de l’aluminium. De plus, les tests de germination effectués à l’aide de solutions synthétiques ont confirmé que les mélanges de métaux présentent une toxicité plus élevéeque celle de leurs constituants considérés isolément. Les testsde phytotoxicitéont été également réalisés sur les rejets industriels avant et après adsorption. Ces tests biologiques ont confirmé l’efficacité du procédépour diminuer fortement la toxicité du rejet. L’abattement chimique et la réduction de la toxicité ont démontré que la bio-adsorption sur un matériau non-conventionnel peut être une étape de finition intéressante pour la détoxification des rejets industriels.Enfin, les tests biologiques normalisés sont rapides, faciles à mettre en œuvre et parfaitement reproductibles. Ils pourraient être utilisés en routine pour évaluer les impacts d’un rejet industriel, même lorsque celui-ci satisfait aux exigences réglementaires / The surface-treatment industry consumes an important range of chemicals, in particular toxic metals and organics that are known to be harmful to humans and environnment. Because of more and more stringer regulations, effluents polluted with heavy metals and organics characterized by chemical oxigen demand must be treated.[...]

Orientador: Gustavo Rocha de Castro / Resumo: A identificação e quantificação de diferentes contaminantes em águas naturais têm sido amplamente divulgadas em meios científicos. Nas duas últimas décadas, a remoção, em meio aquoso, de fármacos e seus metabólitos, também designados contaminantes emergentes, tem recebido destaque. O problema da existência destes compostos no ambiente, além da sua persistência, relaciona-se com a ocorrência de bactérias mais resistentes, sendo um grave risco para a saúde. Desta forma, os objetivos desse projeto foram caracterização das folhas da taboa, Typha angustifolia L. in natura, e aplicação desse biossorvente para remoção do antibiótico cloranfenicol em amostras aquosas. O material foi caracterizado por Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR), Ponto de Carga Zero (PZC), Ressonância Magnética Nuclear (RMN), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva de raios X (EDX), análise elementar de nitrogênio e enxofre, além da medida de área superficial (Brunauer, Emmett, Teller - BET). Foram realizados experimentos em batelada em função do pH, tempo de contato e concentração do analito, cuja solução sobrenadante foi quantificada por Ultra Performance Liquid Chromatography (UPLC). Resultados referentes ao espectro de FTIR, bem como as análises de RMN, corroboraram ao identificar grupos químicos funcionais que promovem interação entre o biossorvente e analito. O pHPZC, calculado em torno de 5,75, foi considerado para escolher pH ideal do meio que favore... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The identification and quantification of different contaminants in natural waters have been widely disseminated in scientific journals. In the last two decades, removal from aqueous samples of drugs and their metabolites, also called emerging contaminants, have been highlighted. The problem of their existence in the environment, besides its persistence, is related to the occurrence of more resistant bacteria, being a serious risk to health. Thus, the objectives of this project were characterization of cattail leaves, Typha angustifolia L. in natura, and its application for the removal of the antibiotic chloramphenicol in aqueous samples. The material was characterized by Fourier Transform in the Infrared Region (FTIR), Point of Zero Charge (PZC), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), elemental analysis of nitrogen and sulfur, as well as surface area measurements (Brunauer, Emmett, Teller-BET). Batch experiments were performed considering the influence of pH, contact time and analyte concentration, whose supernatant solution was quantified by Ultra Performance Liquid Chromatography (UPLC). Both results, regarding FTIR spectrum and NMR analysis, corroborated by identifying functional chemical groups that promote interaction between biosorbent and analyte. The pHPZC, estimated around 5.75, was considered to choose the ideal pH of the medium that favors adsorption. By means of SEM images, the material was... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O uso de biomassas para biossorção de metais pesados é bem documentado na literatura e vários tipos de espécies de microrganismos e algas já foram testados. A maior parte destes trabalhos foi realizada com biomassa seca para prevenir qualquer resposta metabólica indesejável. Vários estudos na literatura sugerem o uso de biomassa seca sobre condições moderadas, tais como secagem ao sol; por outro lado, vários trabalhos recomendam a faixa de 313K a 353K para garantir completa inativação da biomassa. O efeito da biomassa seca ao sol a 303K e seca a 333K em estufa na remoção de Cd2+ é aqui reportado. A avaliação dos resultados foi baseada na cinética e capacidade de remoção do metal pela alga Sargassum filipendula. Os resultados indicam que a adsorção máxima de metal não foi notadamente reduzida quando a biomassa seca em estufa foi usada, para concentrações de cádmio na faixa de 10,0 a 500,0 mg L-1. O estudo cinético realizado indicou que o modelo de pseudo segunda ordem ajustou melhor os dados experimentais, tanto para uma solução diluída (10 mg L-1) quanto para a concentrada (100 mg L-1). Em ambos os casos, os efeitos da secagem em estufa, a 60C refletiu-se suavemente na remoção do metal. Os dados experimentais foram melhor ajustados pelo modelo de Langmuir em comparação com o modelo de Freundlich. Análises termogravimétricas mostraram que não havia dano estrutural no biossorvente devido à secagem em estufa. O espectro de infravermelho não indicou diferença entre a biomassa in natura e seca. O efeito da temperatura na biossorção do metal significativo na faixa de 303K a 328K, refletindo-se na capacidade de remoção do cádmio / The use of biomass for biosorption of heavy metals is well documented in the literature and several types of microbial species and seaweeds were already tested. Most of these works are conducted with dry biomass in order to prevent any undesirable metabolic response. Several literature reports suggest drying the biomass under mild conditions, such as sun-drying; on the other hand, several reports recommend the range from 313 K to 353 K to ensure complete inactivation of the biomass. The effect of sun-drying the biomass at 303 K and oven-drying at 333 K in Cd2+ ions remotion is here reported. Evaluation of results was based on the kinetics and uptake capacity of the metal by the seaweed Sargassum filipendula. Results indicated that the maximum metal uptake was not markedly reduced when oven-dried biomass was used, for cadmium concentrations ranging from 10.0 to 500.0 mg L-1. Kinetic tests performed indicated a better fit of the experimental data to the pseudo second order model, both for a dilute (10 mg L-1) and a concentrated solution (100 mg L-1). In both cases the effect of drying in an oven, at 333 K was slightly reflected in the uptake. Results were best represented by the Langmuir model in comparison to the Freundlich model. Thermogravimetric analysis confirmed that no structural damage due to drying at high temperatures was observed. Infrared spectra indicated no difference between the in natura and dried biomass. The effect of temperature on the metal uptake was significant in the range from 303 to 328 K, reflected in the cadmium uptake capacity

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A biossorção é o termo aplicado à tecnologia de adsorção de íons metálicos em solução, por meio de materiais de natureza biológica inativa, comparável à adsorção utilizando-se adsorventes convencionais. A biossorção depende da temperatura, pH, concentração inicial do íon metálico, e tipo de biosorvente. O objetivo principal dessa dissertação é estudar e comparar os processos de adsorção de cobre iônico a partir de soluções aquosas utilizando Sargassum sp., alginato de cálcio úmido e desidratado e carvão ativo em pó e granular, em regime de batelada e contínuo. O alginato de cálcio foi preparado através de uma solução 4% (m/v) de alginato de sódio gotejada em solução 37% (m/v) de cloreto de cálcio dihidratado. O alginato de cálcio apresentou uma umidade de 89% após secagem em estufa a 100C por 24 horas. Os parâmetros da biossorção foram fixados em: a dose de adsorventes de 2 g/L; a temperatura em 30C; pH da solução em 5,0; e velocidade de rotação da chapa rotatória em 150 rpm. Para os estudos de cinética e equilíbrio, os ensaios foram feitos em regime de batelada. Nos ensaios cinéticos para duas concentrações medias (0,16 e 3,15 mmol/L) variou-se o tempo de contato (1 a 120 min) para se atingir o equilíbrio. Nos ensaios de equilíbrio variou-se as concentrações (0,16 a 15,72 mmol/L) utilizando o tempo de equilíbrio determinado nos ensaios cinéticos. Foram utilizadas duas modelagens cinéticas (a de pseudo-primeira ordem e a de segunda ordem) e duas modelagens do equilíbrio (Langmuir e Freundlich). O modelo cinético de segunda ordem ajustou melhor os resultados. O tempo de equilíbrio para adsorção do cobre foi de 60 minutos para Sargassum sp. e pellets de alginatos de cálcio úmido e desidratado. Para os carvões ativos os tempos de equilíbrio para a adsorção do cobre foram mais rápidos, mas a capacidade de remoção do cobre foram muito baixas. Com base nos resultados desfavoráveis obtidos para os carvões ativos eles foram descartados para se prosseguir com os ensaios de equilíbrio. A isoterma de Freundlich melhor ajusta os dados experimentais para Sargassum sp. e alginato de cálcio úmido. A capacidade de adsorção máxima calculada pelo modelo de Freundlich: na concentração de equilíbrio de 11,66 0,06 mmol/L foi de 1,97 0,07 mmol/g para Sargassum sp.; e na concentração de equilíbrio de 12,12 0,03 mmol/L foi de 1,69 0,04 mmol/g para alginato de cálcio úmido. O processo de biossorção em regime contínuo, com alturas de leito variável de 10 a 40 cm, teve melhor desempenho com a altura de 40 cm. Em regime de batelada, o desempenho da Sargassum sp. foi superior ao dos alginatos de cálcio (úmido melhor que o desidratado), que por sua vez foram superiores ao desempenho dos carvões ativos em pó e granular (em pó melhor que o granular). O sistema contínuo com concentração inicial de cobre de 8,5 mmol/L deve ser operado com altura de leito igual ou superior a 40 cm, ou com sistemas multicolunas para soluções mais concentradas / Biosorption is the term applied to the adsorption technology of metallic ions in solution than through materials of inactive biological nature. Its close to adsorption using conventional adsorbents. Biosorption depends on temperature, pH, initial concentration of metal ion and type of biosorbents. The main objective of this dissertation is to study and compare the adsorption of copper ions from aqueous solution in batch and continuous system using Sargassum sp.; wet and dehydrated calcium alginate; powder and granular activated carbon. Calcium alginate was prepared by 4% w/v sodium alginate solution dropwise into 37% w/v calcium chloride dehydrate. Calcium alginate presented 89% of moisture after dry in an oven at 100C for 24 hours. Biosorption parameters were set as follow: dose of adsorbent 2 g/L; temperature at 30C, pH at 5.0, and stirring speed of the rotating plate at 150 rpm. For the kinetic and equilibrium studies, the tests were done in a batch system. In kinetic assays for two concentrations (0.16 and 3.15 mmol/L) was varied contact time (1-120 min) to reach equilibrium. In equilibrium assays were varied concentrations (0.16 to 15.72 mmol/L) using the time determined in kinetic experiments. It was used two kinetic modeling (the pseudo-first-order and second-order) and two equilibrium modeling (Langmuir and Freundlich). The second-order kinetic model better fitted the results. The equilibrium time for adsorption of copper was 60 minutes for Sargassum sp. and wet and dehydrated calcium alginate pellets. For the activated carbon, equilibrium times for the adsorption of copper were obtained faster, but the capacity of copper removal were extremely low. Based on the unfavorable results obtained for the activated carbon they were discharged to proceed with tests of equilibrium. The Freundlich isotherm fitted the experimental data for Sargassum sp. and wet calcium alginate. The maximum adsorption capacity calculated using Freundlich model: at equilibrium concentration of 11.66 0.06 mmol/L was 1.97 0.07 mmol/g for Sargassum sp. and at equilibrium concentration of 12.12 0.03 mmol/L was 1.69 0.04 mmol/g for wet calcium alginate. Biosorption in a continuous system, with bed heights from 10 to 40 cm, had the best performance with a height of 40 cm. In a batch system, the performance of Sargassum sp. was higher than calcium alginate (wet rather than dehydrated), which in turn were higher than the performance of powder and granular active carbon (powder better than granular). The continuous system with initial copper concentration of 8.5 mmol/L, must be operated with a bed height equal or greater 40 cm, or with multicolumn systems for more concentrated solutions

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-01-10T17:07:20Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Glalber Luiz da Rocha Ferreira - 2016.pdf: 1694646 bytes, checksum: 0edfdeae06383f7209358539abe161f7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-01-11T09:54:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Glalber Luiz da Rocha Ferreira - 2016.pdf: 1694646 bytes, checksum: 0edfdeae06383f7209358539abe161f7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-11T09:54:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Glalber Luiz da Rocha Ferreira - 2016.pdf: 1694646 bytes, checksum: 0edfdeae06383f7209358539abe161f7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The existing techniques for removing heavy metals are expensive and are often not effective. Thus the application arises from biosorbents, an emerging technology that needs to be studied and explored, in order to promote better environmental and human life quality. The study craved verify removal capacity in synthetic aqueous solutions of ions Cr (VI) at concentrations of 10, 25, 50, 75, 100, 125 and 150 mg/L by biosorption by use of active and inactive fungal biomass Pleurotus ostreatus. In the use of the active biosorbent, kinetic studies revealed that in 336 hours was achieved 100% of its saturation capacity at concentrations of 10 and 25 mg/L of Cr (VI), achieving total removal of Cr (VI) in the order of 250 times over the recommended limit for industrial effluents in CONAMA Resolution nº 430/2011, and 360 hours biomass reached its maximum capacity of saturation, reaching values of 98,18% and 96,84%, in concentrations of 50 and 75 mg/L of Cr (VI), respectively. Observing the concentrations of 100% removal was confirmed by analysis of the total EAA chromium values of 141,66 mg/g and 133,55 mg/g biomass respectively. The analysis revealed the micrographs by SEM and TEM we observed at the cellular composition of biomass the presence of bacterial cells associated with the fungus, which on analysis was not possible to know where the metal was in adsorbed, it is better to point out that it was possible to detect content chromium from the cellular structure of the biomass. In the use of the idle biosorbent, kinetic studies showed that 6, 10 and 12 minutes it was reaching 100% of its saturation capacity at concentrations of 10, 25 and 50 mg/L of Cr (VI), respectively, achieving total removal Cr (VI) in the order of 500 times over the recommended limit for industrial effluents in CONAMA Resolution No. 430/2011, and in 22 minutes biomass reached its maximum capacity of saturation, reaching values of 73,21% and 55,13% at concentrations of 75 and 100 mg/L of Cr (VI), respectively. The Langmuir model was the one that best fit the experimental data biosorbent P. ostreatus, when evaluating the separation factor (RL), responding to values between zero and 1. Now, considering the values of the coefficient of determination (R2), the Freundlich model fit better due to present higher values in relation to the Langmuir model. / As técnicas existentes de remoção de metais pesados são caras e muitas vezes não são eficientes. Dessa forma surge a aplicação de biossorventes, uma tecnologia emergente que precisa ser estudada e explorada, com o objetivo de promover melhor qualidade ambiental e da vida humana. O estudo almejou verificar a capacidade de remoção em soluções aquosas sintéticas de íons Cr(VI) nas concentrações de 10, 25, 50, 75, 100, 125 e 150 mg/L, através da biossorção pela utilização da biomassa fúngica ativa e inativa de Pleurotus ostreatus. Na utilização do biossorvente ativo, os estudos cinéticos revelaram que em 336 horas foi alcançado 100% de sua capacidade de saturação nas concentrações de 10 e 25 mg/L de Cr(VI), alcançando uma remoção total de Cr(VI) na ordem de 250 vezes em relação ao limite preconizado para efluentes industriais na Resolução do CONAMA nº 430/2011, e em 360 horas a biomassa atingiu sua capacidade máxima de saturação, atingindo valores de 98,18% e 96,84%, nas concentrações de 50 e 75 mg/L de Cr(VI), respectivamente. Observando as concentrações de 100% de remoção, foi confirmando através da análise de EAA valores de crômio total de 141,66 mg/g e 133,55 mg/g de biomassa, respectivamente. Na análise revelada pelas microfotografias por MEV e MET foi possível verificar junto a composição celular da biomassa a presença de células bacterianas associadas ao fungo, que em análise não foi possível saber onde o metal se encontrava adsorvido, mais vale salientar que foi possível detectar conteúdo de crômio junto a estrutura celular da biomassa. Na utilização do biossorvente inativo, os estudos cinéticos revelaram que em 6, 10 e 12 minutos foi alcançando 100% de sua capacidade de saturação nas concentrações de 10, 25 e 50 mg/L de Cr(VI), respectivamente, alcançando uma remoção total de Cr(VI) na ordem de 500 vezes em relação ao limite preconizado para efluentes industriais na Resolução do CONAMA nº 430/2011, e em 22 minutos a biomassa atingiu sua capacidade máxima de saturação, atingindo valores de 73,21% e 55,13%, nas concentrações de 75 e 100 mg/L de Cr(VI), respectivamente. O modelo de Langmuir foi o que se melhor ajustou aos dados experimentais do biossorvente P. ostreatus, quando avaliando o fator de separação (RL), respondendo a valores entre zero e 1. Agora, considerando os valores do coeficiente de determinação (R2), o modelo de Freundlich se ajustou melhor, devido apresentar valores maiores em relação ao modelo de Langmuir.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:36:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_Diss_Juliana_Casarin.pdf: 3962661 bytes, checksum: a0e8bf7ab504aff06792e47bb73244a0 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work proposes the use of the bark of Bertholletia excelsa HBK, a residue of the beneficiation of Brazil nut, as biossorvente in removal of metal ions toxic cadmium (Cd), lead (Pb), chromium (Cr), copper (Cu) and zinc (Zn) of contaminated water, as an alternative to conventional methods of available treatments. The characterization of biosorbent was performed by scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (IR) and the point of zero charge (pHPCZ). After that, adsorption tests were performed aiming to determine the ideal conditions of pH, mass of adsorbent and contact time for the adsorption process. The adsorption kinetics was evaluated by the models of pseudo first model, pseudo second order, Elovich and intraparticle diffusion. From the obtained results, isotherms of adsorption were built for each metal, which were linearized as mathematical models of Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich. To compare the natural adsorbents with a commercial adsorbent were performed comparative studies with the activated coal. In addition, we evaluated the ability of desorption of the materials and the influence of temperature on adsorption process of metals under study by bark of B. excelsa HBK. The characterization of biosorbent through SEM showed a roughness surface, showing important characteristics of adsorption. From the FT-IR was possible identify compounds such as lignin and cellulose, which favour the adsorption process. The pHPCZ obtained was 4.1. The tests of mass demonstrated that 12 g L-1 of biossorvente are sufficient for an effective removal of metal ions Cd, Pb and Cr in solution, and 8 g L-1 for the ions Cu and Zn. With respect to the pH values of the solution, there was no difference among them, being that the higher removed quantity obtained at pH 5.0. The time for dynamic equilibrium was found at 60 minutes. The application of kinetic models suggests the limiting factor for the adsorption of these metal ions may be the chemisorption. The equilibrium isotherms were obtained based on pre-established optimal conditions for each metal and the mathematical adjustments were performed by mathematical models of Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich (D-R). The mathematical models that best adjusted for adsorption in bark of Brazil nut was Dubinin-Radushkevich for Cr and Cu, Freundlich and Langmuir for Cr for all the ions studied, and thus estimate the parameter maximum capacity of adsorption (Qm) provided by this model, being Cr = 12.69; Pb = 10.77; Cd = 7.45, Zn = 4.86 and Cu = 3.92 mg g-1. The negative value for variation of free energy (ΔG) obtained by means of thermodynamic studies for adsorption of metals Cd, Cr, Cu and Zn is an indication of a spontaneous process and favorable, in the case of Pb2+, the values of ΔG reported that there was no absorption of energy for the formation of products, so that the reaction is not spontaneous. The results showed that the biosorbent from bark of Brazil nut may constitute a sustainable alternative for low cost, by not having suffered prior treatment and because it is a dried grape byproduct in removal of metal ions present in waters / O presente trabalho propõe a utilização da casca de Bertholletia excelsa HBK, um resíduo do beneficiamento da castanha do Brasil, como biossorvente na remoção dos íons metálicos cádmio (Cd), chumbo (Pb), cromo (Cr), cobre (Cu) e zinco (Zn) de águas contaminadas, como alternativa aos métodos convencionais de tratamento existentes. Assim, após a caracterização do biossorvente por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia na região do infravermelho (IV) e ponto de carga zero (pHPCZ), foram realizados testes de adsorção objetivando determinar as condições ideais de pH, massa de adsorvente e tempo de contato para o processo de adsorção. A cinética de adsorção foi avaliada pelos modelos de pseudoprimeira ordem, pseudossegunda ordem, Elovich e difusão intrapartícula. A partir dos resultados obtidos, foram construídas as isotermas de adsorção para cada metal, as quais foram linearizadas conforme os modelos matemáticos de Langmuir, Freundlich e Dubinin-Radusckevich. Visando comparar este biossorvente com um adsorvente comercial, foram realizados estudos comparativos com o carvão ativado. Além disso, foram avaliados a capacidade de eluição dos materiais e a influência da temperatura no processo de adsorção dos metais em estudo pela casca de B. excelsa HBK. A caracterização do biossorvente por meio da MEV mostrou uma superfície rugosa, importantes características de adsorção. A partir do espectro de IV foi possível identificar compostos como a lignina e celulose, os quais favorecem o processo de adsorção. O pHPCZ obtido foi de 4,4. Os testes de massa demonstraram que 12 g L-1 do biossorvente são suficientes para uma remoção eficiente dos íons metálicos Cd, Pb e Cr em solução, e de 8 g L-1 para os íons Cu e Zn. Com relação aos valores de pH da solução, não houve diferença entre eles, sendo que testes futuros foram desenvolvidos em condição de pH 5,0. O tempo para que o sistema atingisse o equilíbrio entre os metais estudados foi 60 min. O modelo cinético de pseudoprimeira ordem foi o que melhor se ajustou ao processo cinético, sugerindo desta forma que o principal passo limitante para a adsorção destes íons metálicos pode ser a adsorção química. As isotermas de equilíbrio foram obtidas com base nas condições ótimas pré-estabelecidas para cada metal e os ajustes matemáticos foram realizados por meio dos modelos matemáticos de Langmuir, Freundlich e Dubinin-Radushkevich (D-R). Os modelos matemáticos que melhor se ajustaram para a adsorção em casca de castanha do Brasil foram Dubinin-Radushkevich para o Cr e Cu, Freundlich para Cr e Langmuir para todos os íons estudados, podendo assim estimar o parâmetro capacidade máxima de adsorção (Qm) fornecido por este modelo, sendo Cr = 12,69 > Pb = 10,77 > Cd = 7,45, Zn = 4,86 e Cu = 3,92 mg g-1. O valor negativo de variação de energia livre (ΔG) obtido por meio dos estudos termodinâmicos para a adsorção dos metais Cd, Cr, Zn e Cu é uma indicação de um processo espontâneo e favorável, no caso do Pb2+, os valores de ΔG demostraram que a reação não é espontânea. Os resultados mostraram que o biossorvente proveniente da casca de castanha do Brasil pode constituir uma alternativa sustentável de baixo custo, por não ter sofrido tratamento prévio e por se tratar de um coproduto na remoção dos íons metálicos presentes em águas