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

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho teve como objetivo descrever o potencial de biossorção de lantânio pelas microalgas Ankistrodesmus sp. e Golenkinia sp. livres e pellets de alginato de cálcio, com e sem as microalgas imobilizadas, a partir de soluções aquosas. Para isso foram realizados estudos em regime batelada e em coluna de leito fixo. Modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem e de segunda ordem e isotermas de equilíbrio de Langmuir e de Freundlich foram utilizados para a descrição quantitativa e a previsão do comportamento de adsorção do metal pelas biomassas livres e imobilizadas no sistema descontínuo. Os dados foram mais bem ajustados pelo modelo cinético de segunda ordem, com coeficientes de determinação (r2) maiores que 0,98. Foram obtidos tempos de equilibrio muito curtos, na faixa de 1-30 minutos. A isoterma de Langmuir foi a que melhor se ajustou aos dados experimentais, com valores de r2 maiores que 0,94. Foram observados valores de qmáx, isto é, a quantidade máxima de metal captado pelo biossorvente, entre 0,96 e 10,43 mmol/g. As células livres mostraram-se mais eficientes do que os pellets caracterizados com e sem os micro-organismos. Os pellets mostraram melhor potencial quando contendo microalgas imobilizadas, em comparação com eles puros. No estudo dinâmico, 12 L de solução contendo uma concentração de La (III) de 150 mmol/L ascenderam pela coluna contendo Ankistrodesmus sp. e Golenkinia sp. imobilizadas e pellets de alginato de cálcio puros durante 8 horas. No último minuto, os três biossorventes ainda apresentaram cerca de 80% de eficiência de remoção. Desta forma, o ponto de satuação não foi atingido. A rápida e alta capacidade de adsorção das microalgas revelou que sua aplicação em escala superior é possível em ambos os processos estudados, uma vez que a imobilização desses biomateriais não mudou a sua capacidade de sorção e nem o rápido contato entre o adsorvente e o soluto no processo de biossorção de lantânio / This study aimed to describe the potential of lanthanum biosorption by microalgal Ankistrodesmus sp. and Golenkinia sp. free and calcium alginate pellets with and without immobilized microalgae from aqueous solutions. To study this system in batch and fixed bed column were performed. Kinetic models of pseudo first-order and second order and equilibrium isotherms of Langmuir and Freundlich were used for the quantitative description and prediction of the behavior of metal adsorption by free and immobilized biomass in a batch system. The data were best fitted by a second-order kinetic model, with coefficients of determination (r2) values greater than 0.98. Very short equilibrium times were obtained in the range of 1-30 minutes. The Langmuir isotherm was the best fit to the experimental data, with r2 values greater than 0.94. qmax, that is, the maximum amount of metal captured by the biosorbent, values between 0.96 and 10.43 mmol/g were observed. The free cells were more efficient than with pellets characterized with and without the microorganisms. The pellets showed good potential when containing immobilized microalgae compared to pure them. In the dynamic study, 12 L of solution containing a concentration of La (III) 150 mmol/L reached by the column containing Ankistrodemsus sp. and Golenkinia sp. immobilized and pure calcium alginate pellets for 8 hours. At the end of the run, the three biosorbents still showed about 80% removal efficiency. Thus, the saturation point was not reached. The rapid and high adsorption capacity of microalgae revealed that its application in a higher scale is possible in both cases studied, since the immobilization of these biomaterials has not changed its sorption capacity or the rapid contact between the adsorbent and the solute in the process biosorption of lanthanum

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.

A capacidade de ligação de prótons e metais por células vivas da microalga Tetraselmis gracilis (Kylin) butcher foi estudada por titulação potenciométrica e voltametria de redissolução anódica, respectivamente. Dados da titulação alcalimétrica obtidos com uma suspensão de microalga suspensa em NaCl 0,60 mol L-1 a 25,0 ± 0,1 ºC foram tratados por um modelo de distribuição discreta de sítios baseado na linearização das curvas de titulação por funções de Gran modificadas. A concentração total de sítios ionizáveis foi 3,4 x 10-3 mmol g-1, divididos em quatro classes de grupos com pKa 4,4; 5,2; 7,0 e 9,3, cujas abundâncias relativas foram 13, 5,8, 8,2 e 73%, respectivamente. Ligação de Cd(II) e Zn(II) foi estudada em água do mar (pH 8,2) por adições de soluções dos cátion metálicos em soluções simples ou misturas binárias. O cálculo das concentrações dos metais a partir dos dados voltamétricos considerou o agregado célula-metal tendo difusão muito menor do que a do íon livre. Capacidades de adsorção e o logaritmo das constantes de equilíbrio condicionais foram 7,9 ± 0,9 µmol g-1 e 6,9 ± 0,3 L g-1 para Cd(II) e 18,1 ± 0,4 µmol g-1 e 8,8 ± 0,2 L g-1 para Zn(II). Nas titulações com misturas binárias as capacidades de adsorção foram 0,129 ± 0 ,008 e 18,1 ± 0,4 µmol g-1 de Cd(II) e Zn(II), respectivamente, sugerindo que a ligação de Zn(II) inibe a de Cd(II). Entretanto, mesmo na presença de Zn(II) a superfície de alga possui sítios minoritários que se ligam a Cd(II) (log Kads = 7,7 ± 0,2), o que pode causar a bioacumulação desse íon metálico tóxico. / Proton and metal binding capacities of living cells of the microalgae Tetraselmis gracilis (Kylin) butcher were determined by potentiometric titration and anodic stripping voltammetry, respectively. Data of alkalimetric titration of the microalgae suspension obtained in 0.60 mol L-1 NaCl at 25.0 ± 0.1ºC was treated by a discrete site distribution model based on the linearization of the titration curve by modified Gran functions. A total of 3.4 x 10-3 mmol g-1 ionizable sites were determined, divided in four classes of groups with pKa 4.4, 5.2, 7.0 and 9.3, whose relative abundances were 13, 5.8, 8.2 and 73%, respectively. Binding of Cd(II) and Zn(II) was studied in seawater (pH 8.2) by additions of either single metallic species or binary mixtures. Computation of free metal concentrations from the voltammetric data considered the cell-metal aggregates with diffusion coefficient significantly lower than that of free metal ions. Adsorption capacities and the logarithm of the conditional equilibrium constants were 7.9 ± 0.9 µmol g-1 and 6.9 ± 0.3 L g-1 for Cd(II) and 18.1 ± 0.4 µmol g-1 and 8.8 ± 0.2 L g-1 for Zn(II). For titrations with binary mixtures of Cd(II) and Zn(II ) the adsorption capacity of Cd(II) were 0.129 ± 0.008 µmol g-1 and 18.1 ± 0.4 µmol g-1, respectively. The results suggest that binding of Zn(II) inhibits that of Cd(II). However, even in the presence of Zn(II), the alga surface has some minor sites that can bind Cd(II) (log Kads = 7.7 ± 0.2), a process that can lead to bioaccumulation of this toxic metal ion.

Um dos principais impactos causados pela indústria é a poluição hídrica por meio da eliminação de compostos metálicos em efluentes, gerando acúmulo destes na cadeia alimentar e causando efeitos toxicológicos na biota aquática e na saúde da população. O cádmio e o níquel são exemplos desses tipos de contaminantes, geralmente presentes na mineração de cobre e zinco. Novas tecnologias têm buscado reduzir a concentração destes metais em efluentes de uma forma mais sustentável. Entre elas, a adsorção utiliza adsorventes que apresentam em sua superfície sítios com cargas que podem ser ativadas, sendo capazes de reter íons em solução, como os cátions metálicos. Entre os biossorventes, micro-organismos como as bactérias podem apresentar características para recuperação dos metais, gerando assim o interesse por tecnologias sustentáveis que possam aproveitar rejeitos industriais. Essa técnica utiliza a interação entre os grupos funcionais presentes nos biossorventes com os íons metálicos. Para este estudo, como pH, concentração de adsorventes e metais, tempo de contato e condições de tratamento de biossorventes foram avaliados por meio da utilização de bacterianos presentes no solo de uma região com histórico de contaminações industriais. Foi utilizado sistema em batelada por meio de erlenmeyers com soluções monoelementares de cádmio (II) e níquel (II). Com os resultados obtidos foi concluído que dentre os parâmetros mencionados, o que mais influenciou na biossorção foi o pH; a concentração de biomassa que apresentou maior captação metálica foi a de 0,1g.L-1; o adsorvente que apresentou a maior captação metálica de Cd2+ e Ni2+ foi a biomassa autoclavada, com captação metálica (qe) 294 mg.g-1 para Cd2+ e 46 mg.g-1 para Ni2+. / One of the main impacts caused by the industry is the water pollution by means of the elimination of metallic compounds in effluents, generating accumulation of these in the food chain and causing toxicological effects in the aquatic biota and the health of the population. Cadmium and nickel are examples of these types of contaminants, usually present in copper and zinc mining. New technologies have sought to reduce the concentration of these metals in effluents in a more sustainable way. Among them, the adsorption uses adsorbents that have on their surface sites with charges that can be activated, being able to retain ions in solution, such as metallic cations. Among biosorbents, microorganisms such as bacteria may have characteristics for metal recovery, thus generating interest in sustainable technologies that can take advantage of industrial waste. This technique uses the interaction between the functional groups present in the biosorbents with the metallic ions. For this study, parameters such as pH, concentration of adsorbents and metals, contact time and biosorbent treatment conditions were evaluated through the use of bacterial consortium present in the soil of a region with a history of industrial contamination. A batch system was used with erlenmeyers with monoelement solutions of cadmium (II) and nickel (II). With the results obtained it was concluded that among the mentioned parameters, what influenced biosorption most was the pH; the concentration of biomass that presented the greatest metallic uptake was that of 0.1g.L-1; the adsorbent that presented the highest Cd2+ and Ni2+ metal uptake was the autoclaved biomass, with metal uptake (qe) of the values obtained in the Langmuir isotherms around 294 mg.g-1 for Cd2+ and 46 mg.g-1 for Ni2+.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:07:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedro Y Ramos Suzaki.pdf: 2257740 bytes, checksum: e20921bc0a6b2dbdb9498b56275a75cc (MD5) Previous issue date: 2013-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aimed to study the removal of dye Reactive Black 5 using as biosorbent macrophyte Limnobium spongia. It was investigated the influence of milling the biomass, the particle size, the chemical pretreatment adsorbent with the solution of NaOH 0.1 mol L¬-1 and H2SO4 0.1 mol L-1 , the stirring speed and also the influence of temperature and pH parameters. It was also determined adsorption kinetics and equilibrium. In the study of the influence of grinding, it was observed that the biomass of ground Limnobium spongia showed better results in the adsorption of the dye than the entire biomass. The different particle sizes and pretreatment of biomass tested did not influence significantly the removal of the dye. In the study stirring rate was observed that from 100 rpm external diffusional resistances are reduced to a minimum. The parameters pH and temperature were studied jointly by the method Central Composite Rotatable Design (CCRD), behavior demonstrated that these parameters are independent and greater amount of dye removed occurred at the maximum temperature 49.8°C and at pH 0.8. The kinetic study was made at temperatures of 20 and 50° C, the maximum amount of dye removed and the equilibrium time was of 81.97 mg g-1 and 6 h to 20°C and 105.6 mg g-1 and 4 h to 50°C. The kinetic data were best represented by pseudo-second order model. The equilibrium isotherms were performed at temperatures of 20, 30, 40 and 50º C. The highest removal of dye was 108.17 mg g-1 at 50°C and amount removed was 86 mg g-1 at 20°C. The equilibrium data of isotherms at all temperatures were predicted by the Langmuir model. / Este trabalho teve como objetivo estudar a remoção do corante Preto Reativo 5 utilizando como biossorvente a macrófita Limnobium spongia. No estudo da biossorção do corante, foram investigadas a influência da moagem da biomassa, o tamanho da partícula, o pré-tratamento químico do adsorvente com soluções de NaOH 0,1 mol L¬-1 e H2SO4 0,1 mol L¬-1, a velocidade de agitação e também a influência dos parâmetros temperatura e pH. Foram determinadas a cinética de adsorção e o equilíbrio. No estudo da influência da moagem, observou-se que a biomassa de Limnobium spongia moída obteve melhores resultados na adsorção do corante do que a biomassa inteira. As diferentes granulometrias e pré-tratamentos da biomassa testadas não influenciaram de forma significativa na remoção do corante. No estudo da velocidade de agitação observou-se que a partir de 100 rpm as resistências difusionais externas foram reduzidas ao seu valor mínimo. Os parâmetros pH e temperatura foram estudados de forma conjunta através do método de Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) e o resultado demonstrou que estes parâmetros são independentes e que a maior quantidade de corante removida aconteceu na temperatura máxima testada 49,8ºC e no pH 0,8 (mínimo testado). O estudo cinético foi realizado nas temperaturas de 20 e 50ºC, a quantidade máxima de corante removido e o tempo de equilíbrio foram de 81,97 mg g-1¬¬ e 6 h para 20º e 105,6 mg g-1¬¬ e 4 h para 50ºC. Os dados cinéticos foram melhor representados pelo modelo cinético de pseudo-segunda ordem. As isotermas de equilíbrio foram avaliadas nas temperaturas de 20, 30, 40 e 50ºC. O maior valor de remoção de corante foi de 108,2 mg g-1 na isoterma de 50ºC, enquanto que a quantidade máxima removida foi de 86 mg g-1 na isoterma de 20ºC. Os dados de equilíbrio das isotermas apresentaram comportamento previsto pelo modelo de Langmuir.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gustavo H F dos Santos.pdf: 2924329 bytes, checksum: 74a03389110637af2cd08afee90b23ec (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The main objective of this study was to evaluate the types of biosorption mechanisms involved in the removal of copper, zinc and cadmium divalent ions by dead Egeria densa macrophyte biomass. Batch adsorption experiments, consisting of mixtures of 0.3 g biomass and 50 mL metal solution were performed at initial pH 5, and under constant temperature (50 oC) and shaking conditions. The PIXE analytical technique was applied to determine the metal concentration in aqueous and solid phases. All PIXE measurements were performed at the Ion Beam-based Material Analysis Laboratory of the Physics Institute of the São Paulo University. Preliminary to adsorption experiments, the point of zero charge assigned to E. densa biosorbent was determined to be at a 5.0-6.5 pH value range. From metal speciation diagrams, the Cu, Zn, Cd and Ca divalent ions are expected to be majorities below the pH values of 5, 6, 8, and 10, respectively, whereas above these pH regions other metal compounds are mainly expected. As confirmed by measured pH values of 5.0 ± 0.2 at all experiments of adsorption and desorption, E. densa biosorbent submerged in each metal solution has exhibited zero net electrical charge on its surface, indicating that the removals of Cu²+, Zn²+, and Cd²+ and the desorption of these metal ions should be mainly performed by the ion exchange mechanism. According to the mass balance analysis performed for each metal adsorption experiment, the ion exchange process was confirmed to be the main mechanism for the metal removal and desorption by the E. densa biosorbent. At pH value of 5 the E. densa biosorbent surface shows a behavior of ion exchanger. / O objetivo principal deste trabalho foi avaliar os mecanismos de biossorção envolvidos na remoção dos íons cobre, zinco e cádmio pela macrófita aquática Egeria densa inativa. Experimentos de sorção monocomponente foram realizados em sistema batelada, misturando 0,3 g do biossorvente com 50 mL de solução metálica, com pH inicial 5,0, sob agitação constante e temperatura controlada em 30°C, em uma incubadora refrigerada com agitação. A determinação da concentração das espécies iônicas nas fases líquida e sólida foi realizada pela técnica espectroscópica PIXE (Particle Induced X-ray Emission). As medidas foram realizadas no Laboratório de Análise de Materiais por Feixes Iônicos do Instituto de Física da USP. Foram realizados experimentos para determinação do ponto de carga zero (pHPCZ) da biomassa e elaborados diagramas de especiação dos metais. O pHPCZ da macrófita Egeria densa foi encontrado na faixa entre 5,0 a 6,5. Por meio de diagramas de especiação, observou-se que as formas iônicas Cu²+, Zn²+, Cd²+ e Ca²+ são predominantes nas faixas de pH entre 0 - 5,0; 0 - 5,0; 0 - 8,0 e 0 - 10,0, respectivamente. O pH final medido em todos experimentos de biossorção e de regeneração da biomassa, foi em média de 5,0 ± 0,2. Desta forma, nos experimentos de sorção, os íons cobre, zinco, cádmio e cálcio encontravam-se na forma divalente. Nas condições operacionais utilizadas, a biossorção dos íons metálicos cobre, cádmio e zinco, pela macrófita Egeria densa, em pH inicial 5,0, ocorreu principalmente pelo mecanismo de troca iônica, com os cátions cálcio, sódio e potássio. Na regeneração da macrófita utilizando solução de CaCl2, também foi verificado que o mecanismo envolvido neste processo foi de troca iônica. O processo de dessorção dos íons metálicos ocorreu, devido ao comportamento da biomassa ser equivalente a de um trocador iônico.

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