Discharge of metal containing effluents into water has been a cause of major concern. Traditional treatment methods are proving to be ineffective and expensive. Chitosan was studied as a potential biosorbent due to its positive charge and relatively low cost. The study involves evaluating the metal binding performance of chitosan in a polymer enhanced diafiltration (PEDF) system which uses an ultrafiltration membrane to retain the chitosan which, in turn, binds the metal, thereby preventing passage into the permeate stream. Conditions for binding such as pH, concentration of polymer and chromium were studied. Optimal performance was obtained when the system was operated at pH values lower then the pKa of chitosan i.e. 6.3. Using 6 g/L chitosan at pH 4.0, chromium concentration was reduced to less than 1mg/L from a feed concentration of 20 mg/L. Equilibrium dialysis experiments were done to study the kinetics of binding and the uptake of metal per gram of polymer. Rheological measurements demonstrated that in the presence of 1-100 mM chromate, chitosan was found to be slightly shear-thickening at low concentrations such as 4 g/L and 6 g/L whereas it was slightly shear-thinning at higher concentrations like 12 g/L and 20 g/L This suggests that neutralization of chromium anions is due to the interaction of multiple chitosan molecules. This result is consistent with the relatively stiff nature of the polysaccharide. Overall, this study suggests that some modification of the native polymer would be required to improve uptake and make it an industrially workable process.

Orientador: Devaney Ribeiro do Carmo / Resumo: A detecção, especiação e remoção de contaminantes orgânicos e inorgânicos é uma das maiores preocupações ambientais atualmente. Assim, a busca por tecnologias eficientes envolvendo materiais de baixo custo para a resolução de tal problema tem aumentado, e se tornou de extrema importância. Dentro deste contexto, o presente trabalho atuou na produção de um novo material nanoestruturado bioinorgânico híbrido com grandes potencialidades na área de nanotecnologia. O objetivo principal consistiu em modificar quimicamente a levedura Saccharomyces cerevisiae com silsesquioxanos cúbicos. Após devidas modificações, o material preparado (LevS) bem como seus precursores, foram caracterizados por técnicas espectroscópicas tais como infravermelho (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O material hibrido formado (LevS) foi aplicado como biossorvente de chumbo (Pb) e níquel (Ni), obtendo-se uma capacidade máxima de sorção de 248 mg g-1 e 64,6 mg g-1, respectivamente, e porcentagem de sorção chegando a 100% para 500 ppm de Pb2+ em 250mLg-1 de razão líquido/sólido em pH 4, e 77,7% para 100 ppm de Ni2+ em 100 mLg-1 de razão líquido/sólido em pH 6. Adicionalmente com intuito de avaliar a toxidade neuronal dos metais em questão, foram efetuados testes de toxicidade em fatias de hipocampo de ratos que comprovaram que, uma vez submetidos à concentrações de 1 e 3 μM (0,2 e 0,6 ppm) Pb2+ e 10 e 30 μM (0,5 e 1,5 ppm) de Ni2+, as alterações neuronais causadas são irreversíveis. O material ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The detection, speciation and organic and inorganic contaminants removal is one of the biggest environmental concerns today. Thus, the search for efficient technologies involving low-cost materials for solving such a problem has increased, and became extremely important. Within this context, the present work was focused in the production of a new nanostructured hybrid material bioinorganic with great potential in the area of nanotechnology. The main objective was chemically modify the yeast Saccharomyces cerevisiae with cubic silsesquioxane. After appropriate modifications, the prepared material (LevS) as well as its precursors was characterized by spectroscopic techniques such as infrared (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive x-ray (EDS) and Diffuse Reflectance UV/Vis. The hybrid material formed (LevS) was applied as biosorbent of lead (Pb) and nickel (Ni), with a maximum capacity of sorption of 248 mg g-1 and 64.6 mg g-1, respectively, and percentage of reaching 100% sorption to 500 ppm of Pb2+ on 250 cm3 g-1 liquid/solid ratio and 4 pH, and 77.7% to 100 ppm of Ni2+ on 100 cm3 g-1 liquid/solid ratio at pH 6. In addition, in order to evaluate the neuronal toxicity of the metals in question, toxicity tests were performed on hippocampal slices of mice that proved that, once submitted to concentrations of 1 and 3 μM (0.2 and 0.6 ppm) Pb2+ and 10 and 30 μM (0.5 and 1.5 ppm) of Ni2+, neuronal changes caused are irreversible. The hybrid material was also te... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

É crescente o aumento da preocupação do homem com a contaminação de ambientes aquáticos uma vez que da subsistência dos mesmos depende o bem estar de todos. Ao mesmo tempo em que cresce a preocupação tem aumentado a quantidade de pesquisas em busca de tecnologias alternativas ao tratamento e remediação de efluentes aquosos contaminados pelas mais diversas substâncias incluindo os metais pesados. Nas últimas décadas, tem crescido o número de trabalhos avaliando a capacidade de sorção e a viabilidade da utilização de biossorventes de baixo custo na captação de íons metálicos e um desses materiais são as biomassas de algas pardas. Dentre os vários gêneros existentes no planeta o território brasileiro é rico na macroalga do gênero Sargassum. Muito embora a composição dessas biomassas varie o principal constituinte das mesmas é o ácido algínico e seus sais alcalinos na forma de um copolímero linear, homopolimérico, com unidades do ácido manurônico, (M), (1-4)-β-D- ligado e seu epímero em C-5 nos resíduos α-L-gulurônicos, (G), respectivamente, covalentemente ligados entre si em sequencias diferenciadas ou em blocos. Os monômeros podem aparecer em blocos homopoliméricos consecutivos, resíduos G (unidades G), resíduos consecutivos M (unidades M), pequenas unidades alternadas M e G (blocos MG), ou em blocos aleatoriamente organizados. A proposta dessa dissertação é realizar a modificação do copolímero existente na biomassa com epicloridrina, avaliar e comparar a captação de íons Cu (II) e Hg (II) pela biomassa da alga Sargassum sp., com a biomassa não modificada e resultados publicados na literatura / A growing concern of increasing the man with the contamination of aquatic environments since the livelihoods of those dependent on the welfare of all. While growing concern has increased the amount of research in search of alternative treatment technologies and remediation of aqueous waste streams contaminated by various substances including heavy metals. In recent decades, has increased the number of reports assessing the sorption capacity and the feasibility of using low-cost biosorbent uptake of metal ions and these materials are the biomass of brown algae. Among the various genres on the planet Brazilian territory is rich in macro algae of the genus Sargassum. Although the composition of these biomasses vary the main constituent of these images is alginic acid and alkaline salts in the form of a linear copolymer, homopolymeric blocks of (1-4)-linked β-D mannuronic acid (M), and its C-5 epimer α-L-guluronic, (G) residues, respectively, covalently linked together in different sequences or blocks. The monomers can appear in homopolymeric block of consecutive G-residues (G-blocks), consecutive M-residues (M-blocks), alternating M and G (MG blocks) or randomly organized blocks. The purpose of this dissertation is the modification of existing biomass copolymer with epichlorohydrin, evaluate and compare the uptake of Cu (II) and Hg (II) by biomass of seaweed Sargassum sp. with the unmodified biomass and results published in literature

Com o aumento do rigor para descarte de efluentes contaminado com metais pesados, as pesquisas têm se intensificado na busca de métodos de remoção, que tragam bons resultados de captação dos metais, aliado a um baixo custo. O uso de biomassas como bactérias, fungos e algas marinhas como material adsorvente, tem se apresentado como uma alternativa, principalmente para soluções com baixo teor de metais. Neste trabalho, a alga marinha Sargassum filipendula foi avaliada na sua capacidade de remoção do metal tório de uma solução sintética e do efluente dos laboratórios de análises ambientais do IRD. A cinética desta biossorção foi estudada em regime de batelada e o equilíbrio foi alcançado com 180 min de reação. Dois modelos cinéticos foram utilizados nesta avaliação, um de primeira ordem e um modelo de pseudo segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado um melhor ajuste dos dados. Na avaliação da capacidade máxima de captação do tório pela biomassa marinha em regime de batelada, foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação alcançando um máximo de 2,59 mol/g. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, tendo apresentado maior correlação com os dados o modelo de Langmuir, resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 2,92 mol/g. A capacidade de remoção do metal tório da alga Sargassum filipendula também foi avaliada em regime contínuo. Um estudo de altura crítica de leito foi realizado preenchendo-se uma coluna com diferentes massas de alga correspondendo a diferentes alturas de leito. A concentração de tório residual foi quantificada na solução de saída e a menor concentração na saída foi alcançada com 40 cm de leito ou 96 g de biomassa. Após este estudo um sistema contínuo com duas colunas, com 96 g de biomassa cada, e uma bomba peristáltica foi utilizado para o tratamento do efluente real do IRD, contendo não apenas o metal tório, mas outros metais como urânio, cálcio, cromo, ferro, chumbo, etc. Cento e cinco litros de efluente foram tratados numa concentração de 6 mg/L, a concentração do efluente de saída foi de 3,75 mg/L. A caracterização do efluente quanto aos metais presentes foi realizada em ICP-MS, os resultados demonstraram que não houve competição pelos sítios ligantes da biomassa entre o tório e os demais metais. Além disso, alguns metais como cálcio, ferro e magnésio, tiveram um aumento na concentração de saída indicando a presença do mecanismo de troca iônica na biossorção do tório por Sargassum filipendula / The increasing concern related to the discharge of industrial effluents with high content of heavy metals is stimulating research activities aiming at the development of removal methods that can combine a high efficiency and low cost. The use of conventional biomasses such as bacteria, fungal cells and seaweeds as adsorbing materials presents an alternative for the treatment of such types of wastewaters, specially those with a low content of heavy metals. In the present work the seaweed Sargassum fillipendula was investigated for its ability to remove radioactive thorium from synthetic solutions and from actual wastewaters produced in the laboratories of the Institute of Radioprotection and Dosimetry (IRD/CNEN). The kinetics of the process was studied, being observed that equilibrium was reached after 180 minutes of reaction. Two kinetic models were used for the evaluation of equilibrium data, a first order and a pseudo second-order model, the second one with a better fitting to the experimental data. In order to determine the maximum thorium uptake capacity of the seaweed, isotherms were plotted being observed a growing uptake with increasing thorium concentration, up to the maximum value of 2,59 mol/g. The models of Langmuir and Freundlich were used to fit the experimental points of the isotherm. The Langmuir model best represented the experimental data, with a maximum theoretical uptake of 2,92 mol/g. The ability of the biomass to remove thorium was also investigated under continuous regime. A previous study was performed to determine the critical bed depth, in different experiments containing distinct masses of seaweed corresponding to five different bed depths. The residual thorium concentration was quantified during the time-course of these experiments and it could be observed that the smaller concentration was reached at a 40,0 cm bed depth, corresponding to 96 g of biomass. After this step a continuous test was performed with an actual wastewater produced at IRD/CNEN, containing not only thorium but also uranium, calcium, chromium, iron and lead. 105 liters of wastewater were treated. Thorium concentration was reduced from 6,0 to 3,7 mg/L. The remaining metals were not recovered by the biomass, indicating a selective uptake. Metals such as calcium, iron and magnesium increased their concentration in solution, indicating an ion-exchange process during thorium biosorption

Proveniente das atividades de mineração, a drenagem ácida de minas (DAM) é uma solução aquosa caracterizada por valores de pH menores que 3 e diversidade de metais dissolvidos com concentrações que variam de 100 a 300mg.L-1, representa riscos ambientais, em especial, impactos hídricos, em conseqüência da solubilização e mobilização de metais pesados. A pesquisa por novos processos de tratamento de efluentes contaminados com metais tem focado sua atenção na capacidade que certos materiais biológicos têm de fixar íons metálicos. A biossorção é um processo vantajoso quando comparado aos tratamentos convencionais porque não requer custos de investimento e operação, é um processo rápido e pode ser seletivo, além disso, o metal pode ser recuperado e o biossorvente reutilizado. Rhodococcus opacus é uma bactéria, gram-positiva, não patogênica, de fácil aquisição que apresenta em sua parede celular compostos que lhe conferem hidrofobicidade, características que tornam esta espécie microbiana um potencial agente de sorção. O objetivo deste trabalho é avaliar a capacidade do Rhodococcus opacus como biossorvente destinado ao tratamento da drenagem ácida de minas proveniente da mineração de carvão. As características da superfície do microrganismo e os possíveis mecanismos de interação envolvidos na sorção dos metais pelo Rhodococcus opacus foram avaliados através da medida de potencial zeta, análise de espectroscopia de infravermelho e análise de imagens obtidas no icroscópio eletrônico de varredura (MEV). A porcentagem de metais presentes na composição das células de Rhodococcus opacus foi obtida através do ensaio de erda ao fogo e é de aproximadamente 1,8%. O equilíbrio do processo biossortivo em sistema multimetálico foi atingido em cerca de 1minuto, captando 48,2mg.g-¹ o que correspondo a aproximadamente 11,7% de remoção. O PIE da Rhodococcus opacus ocorreu em pH próximo a 2,6. / Originating from mining and mineral industry activities, the acid mine drainage (AMD) is an aqueous solution with pH lower than 3 and diversity of dissolved metals, with concentrations about 100 to 300mg.L-1, leads to serious environmental problems, specially on acquatic ecosystems, due to the solubilization of heavy metals. The search for new technologies on the treatment of effluents contaminated with metals is focused on some biological materials capacity of binding metallic ions. Treatment by biosorption is worthwhile when compared with conventional processes because it does not require high investiments, it is faster, metals can be recovered and biosorbent can be regenerated. Rhodococcus opacus is a gram-positive, nonpathogenic bacteria, that is easily obtained. Its hydrophobicity is due to compounds present in its surface. Such characteristics turn these microorganisms into a potential sorption agent. This paper aims to evaluate the Rhodococcus opacus capacity as a biosorbent in AMD treatment by batch experiments. The characteristics of the microorganism surface and the involved interaction mechanisms in the heavy metals sorption by Rhodococcus opacus, was evaluated based in the potential zeta measurements, infrared spectroscopy and electron microscopy scanning analysis. The metals percentage present in the composition of Rhodococcus opacus cells was obtained by loss on ignation technique, and was approximately 1.8%. The equilibrium of biosorptive process in the multi-metallic system was achieved at about 1 minute, uptake 48.2mg.g-1 corresponding to approximately 11.7% of removal. The Rhodococcus opacus IEP occurred at pH around 2.6.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:37:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernanda_Rubio.pdf: 3072632 bytes, checksum: 474f6e13b902a88547c423612495ca4f (MD5) Previous issue date: 2012-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Due to the intense pollution of the waters, is necessary the search for options which provide the remediation of the contaminated hydric resources, therefore the objective of this work was to evaluate the cake of crambe seeds (Crambe abyssinica Hochst) as a biosorbent in the removal of toxic heavy metals cadmium (Cd), lead (Pb) and chromium (Cr) in waters. The biomass was characterized by scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (IR) and determination of the point of zero charge (pHpzc). The results demonstrate a favorable structure for the adsorption both by irregular morphology presented by SEM and by the functional groups indicated by IR. The result assigned by the pHpzc test of 5.5, the adsorption of cations the pH of the solution must be higher than the pHpzc. For the verification of the optimal conditions for the adsorption tests, the following factors were evaluated: variation effect of the biosorbent mass (200 to 1200 mg), pH of the solution (5.0, 6.0 and 7.0) and contact time (20 to 180 min). The results indicate that the best mass for the studies of the 3 metals (Cd, Pb and Cr) was of 400 mg. For the pH test, the solutions with pH 6.0 provided the best adsorption of Cd and Cr, while for the Pb the best pH was 7.0. In the kinetic study, the equilibrium was achieved in approximately 60 min for the Cd, 20 min for the Pb and 80 min for the Cr. After determinated the ideal conditions, tests were performed for the construction of the isotherms, ranging the concentration of the metals from 10 to 90 mg L-1. The bests adjusts for Cd, Pb and Cr followed the models of Freundlich and Dubinin-Radushkevich (D-R), describing a multilayer adsorption and with chemical nature, still confirmed by the pseudo second-order test. The estimated value of the maximum capacity of adsorption by biosorbent mass (qm) for Cd was 19.342 mg g-1, for Cr 6.807 mg g-1 and for Pb was not possible to determinate this parameter due to the non-linearity presented. The influence of the temperature was studied for the determination of the thermodynamic parameters, which was performed using optimal conditions ranging temperature from 25 to 65 ºC. The positive values of ΔH e ΔS indicate a endothermic process and a randomness system, respectively. Only for the Pb was found negative ΔG, referring to a spontaneous adsorption. The percentage of removal of the ions was of: Pb 97%, Cd 76% e Cr 45%. In the desorption, only the Cd was able to be successfully recovered. Using the same conditions applied for the biosorbent crambe, comparative tests of adsorption and desorption were performed using commercial activated coal. By the obtained results and knowing that the cake of crambe seeds are a byproduct available in high scale and which did not undergone any previous treatment, was verified high applicability of this material as biosorbent in the treatment of contaminated waters with Cd, Pb and Cr, presenting itself as a viable alternative for the decrease of the environmental impacts, because it s a byproduct and it present itself as a natural and sustainable material / Devido a intensa poluição das águas, a busca por alternativas que propiciem a remediação dos recursos hidrícos contaminados faz-se necessária, por isso o objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicabilidade do uso da torta de sementes de Crambe abyssinica Hochst (crambe) como biossorvente na remoção dos metais pesados tóxicos cádmio (Cd), chumbo (Pb) e cromo (Cr) presentes em águas. A biomassa de crambe foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de infravermelho (IV) e determinação do ponto de carga zero (pHPCZ). Os resultados demonstraram estrutura favorável para adsorção tanto pela morfologia irregular apresentada pelo MEV, quanto pelos grupos funcionais indicados pelo IV. Na determinação do pHPCZ o resultado obtido foi de 5,5, indicando que para a adsorção de cátions é favorável em soluções com pH acima do pHPCZ. Para verificação das condições ótimas para os estudos de adsorção, foram avaliados os seguintes fatores: o efeito da variação da massa do biossorvente (200 a 1200 mg), pH da solução (5,0; 6,0 e 7,0) e tempo de contato (20 a 180 min). Os resultados indicaram que a melhor massa para os estudos dos três metais (Cd, Pb e Cr) foi de 400 mg. Para o estudo de pH, as soluções com pH 6,0 propiciaram a melhor adsorção de Cd e Cr, enquanto que para o Pb o melhor pH foi 7,0. No estudo cinético, o equilíbrio do sistema foi atingido em aproximadamente 60 min para o Cd, 20 min para Pb e 80 min para Cr. Determinadas as condições ideais, estudos foram realizados para a construção das isotermas, variando-se a concentração dos metais de 10 a 90 mg L-1. Os melhores ajustes tanto para Cd, Pb e Cr seguiram os modelos de Freundlich e Dubinin-Radushkevich (D-R), descrevendo uma adsorção em multicamadas e de natureza química, confirmada ainda pelo modelo de pseudossegunda ordem. O valor estimado da quantidade máxima (qm) de Cd adsorvida por massa do biossorvente foi de 19,342 mg g-1, para o Cr 6,807 mg g-1 e para o Pb não foi possível determinar este parâmetro devido a não linearidade apresentada pelo modelo. A influência da temperatura foi estudada para determinação dos parâmetros termodinâmicos, para isso, utilizando as condições ótimas variou-se a temperatura em 25 a 65 ºC. Os valores positivos de ΔH e ΔS indicaram processo endotérmico e aleatoriedade do sistema, respectivamente. Somente o metal Pb obteve ΔG negativo, referindo-se a uma adsorção espontânea. A porcentagem de remoção dos íons foi de: Pb 97%, Cd 76% e Cr 45%. Na dessorção, apenas o metal Cd pôde ser satisfatoriamente recuperado. Utilizando as mesmas condições empregadas para o bissorvente crambe, estudos comparativos de adsorção e dessorção foram efetuados utilizando carvão ativado comercial. Diante dos resultados e sabendo que a torta das sementes de crambe é um coproduto disponível em larga escala e que não sofreu nenhum tratamento prévio, verificou-se a alta aplicabilidade desse material como biossorvente no tratamento de águas contaminadas com Cd, Pb e Cr, sendo uma alternativa viável para diminuição dos impactos ambientais, por se tratar de um coproduto e desta forma constitui-se um material natural e sustentável

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:37:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel_Schwantes.pdf: 3325077 bytes, checksum: 845e868a25cd07a543cfa253d63713a6 (MD5) Previous issue date: 2013-02-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work aimed evaluate the use of solid wastes from the industry of cassava root processing (Manihot esculenta Crantz) (bark, bagasse and the mix bark + bagasse), as natural adsorbents for the removal of the metal ions Cd+2, Pb+2 and Cr3+ from polluted hydric bodies. In the first moment, the biosorbents were characterized chemically, structurally and morphologically. After this step, adsorption tests were conducted aiming to determine the ideal conditions of pH, mass of adsorbent and contact time between the adsorbent/adsorbate for the removal process of these metal ions. The adsorption kinetics was evaluated by the mathematical models of pseudo-first order, pseudo-second order, Elovich and intraparticle diffusion. By this primary results were obtained the isotherms of adsorption, which were linearized by the mathematical models of Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich. Besides, were also evaluated the effect of temperature and the biosorbents desorption capacity. By the micrographs was observed surfaces with characteristics favorable to adsorption process, and by the infrared spectrum were identified possible structural compounds like lignin, cellulose and hemicellulose. The pHPCZ determinated was 6.00, 6.17 and 6.24 for the biosorbents bark, bagasse and bark + bagasse, respectively. The mass tests demonstrate that the proportion biosorbent/contaminant of 8 g/L is enough for an efficient removal of the metal ions. The influence of pH in the adsorption was determinated in the range of pH (4.0 to 6.0) for Cd2+, Pb2+ and Cr3+, being the more adequate range between the pH 5.0 and 6.0, so it was chosen to work with the pH of 5.5. The time for the dynamic equilibrium for the adsorption process is 60 min for the three materials, for the three studied metal ions. The kinetics model of pseudo-second order had the best fitting to the experimental data. The cassava adsorbents have proved to be efficient in the adsorption of the metallic ions Cd2+, Pb2+ and Cr3+, being the adsorption process of endothermic character, i. e., influenced by the increase of temperature. The cassava materials presented good desorption of Cd2+ and Pb2+, being only the metal Cr3+ the one who presented very low desorption rates, for the biosorbents and for the activated carbon, indicating that this metal is strongly ligated to the adsorbent sites. By the obtained results it can be concluded that the use of the wastes bark, bagasse and bark + bagasse of cassava presented themselves as potential biosorbents viable for the decontamination of hydric bodies polluted by metallic ions Cd2+, Pb2+ e Cr3+. In this way, it is verified that this practice complements the final steps of the productive chain of cassava, bringing a brand new destiny for these solid wastes from the cassava agroindustry / O presente trabalho teve por objetivo avaliar o uso de resíduos sólidos da indústria de processamento de raízes de mandioca (Manihot esculenta Crantz) (casca, bagaço e a mistura casca + bagaço) como adsorventes naturais na remoção dos íons metálicos Cd2+, Pb2+ e Cr3+ de corpos hídricos contaminados. Em uma primeira etapa, os biossorventes foram caracterizados quimicamente, estruturalmente e morfologicamente. Após esta etapa foram realizados testes de adsorção objetivando determinar as condições ideais de pH, massa de adsorvente, tempo de contado entre adsorvente/adsorvato para o processo de remoção dos íons metálicos. A cinética de adsorção foi avaliada por meio dos modelos matemáticos de pseudoprimeira, pseudossegunda ordem, Elovich e difusão intrapartícula. A partir destes resultados preliminares foram obtidas as isotermas de adsorção, as quais foram linearizadas conforme os modelos matemáticos de Langmuir, Freundlich e Dubinin-Radushkevich. Além disso, foram avaliados o efeito da temperatura e a capacidade de dessorção dos biossorventes. Conforme as micrografias dos biossorventes foram observadas superfícies com características favoráveis à adsorção, e por meio dos espectros de infravermelho foram identificados possíveis compostos estruturais, como lignina, celulose e hemicelulose. O pHPCZ determinado foi de 6,00; 6,17 e 6,24 para os adsorventes casca, bagaço e casca + bagaço, respectivamente. Os testes de massa demonstraram que a proporção biossorvente/contaminante de 8 g/L são suficientes para uma eficiente remoção íons metálicos em solução. A influencia do pH na adsorção foi determinada na faixa de pH (4,0 a 6,0) para Cd2+, Pb2+ e Cr3+, sendo que a faixa mais adequada foi encontrada entre pH 5,0 e 6,0, portanto optou-se por trabalhar com pH de 5,5. O tempo de equilíbrio dinâmico para o processo de adsorção foi de 60 min para os três materiais e para os três íons metálicos estudados. O modelo cinético de pseudossegunda ordem foi o que melhor se ajustou aos valores experimentais. Os adsorventes a base de mandioca se mostraram eficientes na remoção dos íons metálicos Cd2+, Pb2+ e Cr3+, sendo que o processo adsortivo é de caráter endotérmico, ou seja, influenciado pelo aumento da temperatura. Os materiais a base de mandioca apresentaram dessorção de Cd2+ e Pb2+ entre 60 a 80 %, sendo apenas o íon Cr3+ o que apresentou porcentagens de dessorção abaixo de 2%. Pelos resultados obtidos conclui-se que a utilização de biossorventes de mandioca se apresenta viável na descontaminação de corpos hídricos poluídos pelos íons metálicos Cd2+, Pb2+ e Cr3+. Deste modo, verifica-se que esta prática complementa as etapas finais da cadeia produtiva da mandioca, dando um novo destino aos resíduos sólidos a esta atividade

A poluição relacionada a metais pesados tem recebido uma atenção especial devido a sua alta toxicidade, não biodegradabilidade e tendência de acumular-se na cadeia alimentar. Apesar disso, metais pesados também são considerados recursos valiosos, portanto a sua remoção em conjunto com a sua recuperação torna-se ainda mais importante. Este caso aplica-se aos rejeitos de mineração de cobre, os quais oferecem a possibilidade de recuperação do metal e de sua contenção de maneira segura do meio ambiente. Tais rejeitos se caracterizam por ocuparem enormes áreas inundadas e abrigarem soluções diluídas de cobre (II), porém, muitas vezes, acima dos limites seguros. Diversos processos tradicionais de tratamento mostram-se disponíveis para remover o cobre de tais soluções, no entanto, em certas aplicações eles podem ser ineficientes ou muito onerosos. Nesse contexto, a biossorção é uma alternativa interessante. Nesse processo, certos microrganismos, como fungos, bactérias e algas, ligam-se passivamente ao cobre na forma íons ou outras moléculas em soluções. No presente trabalho foi avaliado o potencial de biossorção de íons cobre (II) pela biomassa do fungo Rhizopus microsporus, coletado e isolado da área de rejeitos da Mina do Sossego, na região norte do Brasil. Isotermas de biossorção foram determinadas experimentalmente em bateladas sob temperatura de 25°C, agitação de 150 rpm, concentração de biomassa de 2,0 a 2,5 g/L e tempo de contato mínimo de 4 horas. O pH mostrou ser um fator importante no equilíbrio da biossorção, sendo o valor máximo da capacidade de biossorção de 33,12 mg de cobre / g biomassa encontrado em pH 6. Valores sucessivamente menores são encontrados pela acidificação da solução, sendo o pH 1 considerado adequado para o processo de dessorção, correspondendo a uma capacidade de biossorção de 1,95 mg/g. Modelos de adsorção de Langmuir e de Freundlich ajustaram-se adequadamente às isotermas tanto com pH controlado quanto não controlado. Foi constatado que a troca iônica é um dos mecanismos envolvidos na biossorção do cobre com Rhizopus microsporus. Tanto o modelo de pseudo-primeira ordem quanto o de pseudo-segunda ordem ajustaram-se aos dados cinéticos da biossorção, sendo que o equilíbrio ocorre em aproximadamente 4 horas. A biomassa conservou a capacidade de biossorção ao operar repetidamente em três ciclos de sorção-dessorção. A biomassa viável e a morta não apresentaram diferença estatisticamente significativa na capacidade de biossorção. / Heavy metal pollution has been receiving a special attention because of the high toxicity of these metals, by their non-biodegradability and by their tendency to accumulate throughout the food chain. Nevertheless, heavy metals are also considered valuable resources, hence their recovery and recycle assumes even greater significance. This is the case of copper mining tailings, which offer the possibility of metal recovery while it must be safely contained from the environment. These wastes are characterized by occupying huge flooded areas with very dilute copper (II) solutions, however, in many cases above safe limits. Various traditional treatment methods are available to remove copper from such solutions; however, for certain applications they may be either ineffective or too costly. In this context, biosorption becomes an interesting alternative. In this process, certain microorganisms such as fungi, bacteria and algae, passively bind to the copper ion or other molecules in solution. In the present study the biosorption potential of copper (II) by the fungal biomass of Rhizopus microsporus, collected and isolated from the tailings area of Sossego mine, located in the northern region of Brazil, has been evaluated. Biosorption isotherms have been experimentally determined by batch experiments at a temperature of 25C, agitation speed of 150 rpm, biosorbent concentration in the range of 2.0 to 2.5 mg/L, and contact time of at least 4 hours. The pH has been found to be a determining factor for the sorption equilibrium, a maximum sorption capacity of 33.12 mg copper / g biomass being found at pH 6. Successively smaller values have been found by the acidification of the solution. A pH value of 1 has been considered adequate for the desorption process, which correspond to a biosorption capacity of 1,95 mg/g. Both Langmuir and Freundlich adsorption models fitted well to equilibrium data using both pH methodologies, however the determination coefficient is slightly higher for the former model. It has been found that ion exchange is one of the mechanisms involved in copper (II) biosorption by Rhizopus microsporus. Both pseudo-first and pseudo-second order models have fitted well to biosorption kinetic data. Equilibrium approaches within approximately 4 hours. The biosorbent has proved to maintain its sorption efficiency after three regeneration cycles. Viable and dead biomasses have not exhibited statistically significant difference in sorption behavior.

Chitosan is a biopolymer resulting from the deacetylation of chitin, the second most abundant biopolymer in nature. Chitosan has been successfully used in systems to remove metal ions and other pollutants from wastewater. Chitosan has shown promise as a sorbent for radionuclides in some aqueous waste streams. The sorption of these radionuclides by chitosan is studied to determine if chitosan could be used as a sorbent for aqueous waste streams containing these metals. The effect of various experimental conditions including sorbent particle size, agitation rate, hydration, temperature, pH, metal concentration and sorbent concentration are examined in this study. Results showed that sorption depends on the availability of access sites, controlled by the specific surface area of the sorbent. Sorption was observed to decrease with increasing temperature. The sorption isotherms and kinetics for Co(II), Eu(III) and U(VI) sorption onto chitosan were determined experimentally by batch sorption. Isotherms were fitted using the Langmuir and Freundlich models. Kinetics were modeled using the pseudo- first order, pseudo-second order, Elovich, and intraparticle diffusion models in order to determine possible rate-limiting steps. Most data were well described by the pseudo- second order and Elovich models. Multi-linearity was observed in the intraparticle diffusion model. The sorption capacity of the metals on chitosan was found to follow the order Co < Eu < U. / Graduation date: 2013

Le risque écotoxicologique des métaux présents dans le milieu naturel dépend beaucoup plus de leur statut physico-chimique que de leur concentration totale. Afin de déterminer ce statut, nous avons étudié par spectroscopie EXAFS les interactions au niveau moléculaire du zinc et du plomb avec différents systèmes naturels organiques: des acides humiques (AH), constituants de la matière organique des sols; des parois cellulaires de champignons filamenteux , utilisés comme biosorbants pour le traitement d'eaux chargées en métaux; et des lichens, utilisés comme bioindicateurs de pollution. * Pour les deux métaux étudiés, les AH possèdent une distribution de sites d'affinités différentes. Les ligands majoritaires sont des groupements carboxyles monodentates et des molécules d'eau, la proportion de molécules d'eau augmentant quand l'affinité du site diminue. Pour le zinc, les sites de plus faible affinité forment des complexes de sphère externe, où le métal est solvaté par 6 molécules d'eau, et lié aux groupements fonctionnels des AH par des liaisons faibles. * Les parois cellulaires du champignon Penicillium chrysogenum possèdent deux sites de complexation pour Zn et Pb: environ 90% sont des groupements phosphate, constituant les sites de plus haute affinité pour Zn, et 10% sont des groupements carboxyle, constituant les sites de plus haute affinité pour Pb. * Dans le lichen hyperaccumulateur Diploschisles muscorum, Zn et Pb sont immobilisés sous forme de sels d'oxalate. Il s'agit d'un mécanisme physiologique adaptatif, qui n'existe pas chez les espèces tolérantes: dans Cladonia subulala, le zinc est complexé par un acide organique moins fort complexant que l'oxalate, probablement le malate; dans Xanthoria parietina, le plomb est piégé de façon passive par complexation sur les macromolécules de la paroi cellulaire des filaments fongiques. L'étude de ces trois systèmes a permis d'évaluer le potentiel et les limites de la spectroscopie d'absorption X pour l'étude des systèmes organiques naturels. Elle ouvre des perspectives intéressantes dans le domaine du traitement biologique des pollutions métalliques, comme la phytoremédiation ou la bioremédiation.