CARACTERIZAÇÃO DO BIOSSORVENTE

A análise por espectroscopia de infravermelho (FTIR) mostrou diferentes picos de absorbância, o que indica uma natureza complexa da biomassa. Foram identificados diferentes grupos funcionais presentes na maioria dos constituintes da parede celular de algas marinhas marrons, como por exemplo, grupos carboxílicos e sulfônicos.

A titulação potenciométrica revelou uma distribuição de dois grupos principais: carboxílicos e hidroxílicos. A função de distribuição de constantes de afinidade revela que, além de os grupos carboxílicos da biomassa Pelvetia canaliculata serem mais abundantes do que os grupos hidroxílicos, os grupos carboxílicos são mais heterogêneos.

A esterificação da alga, bloqueando os grupos carboxílicos e os grupos sulfônicos, levou a uma redução de mais de 80% da capacidade de biossorção, indicando que estes grupos funcionais são os principais responsáveis pela remoção dos íons metálicos.

Considerando-se a digestão da biomassa, um total de 2,5 mEq/L (Na+, K+, Ca2+ e Mg2+) de metais leves estão presentes na superfície da biomassa bruta, o que está de acordo com a quantidade de íons sódio (2,5 mEq/g) presente na superfície da alga saturada com sódio, validando o método de preparação do biossorvente.

6.2 BIOSSORÇÃO EM SISTEMA FECHADO

A macroalga marinha mostrou ser um natural trocador de cátions, associado principalmente aos grupos fracamente ácidos (grupos carboxílicos) e fortemente ácidos (grupos sulfônicos).

A captura de íons cádmio e chumbo pela biomassa bruta ocorrem pela liberação de metais leves, Na+, K+, Ca2+ e Mg2+, presentes nos grupos funcionais da biomassa.

Considerando-se a reutilização do trocador de cátions natural, uma biomassa saturada com sódio foi preparada com sucesso, considerando que a troca de íons de sódio é mais rápida e fácil com os íons metálicos.

A remoção dos íons metálicos é rápida numa primeira fase e diminui gradualmente até atingir o equilíbrio. Na primeira fase são ocupados os sítios ativos com maior afinidade para o metal e mais acessíveis fisicamente e, na fase mais lenta, os sítios com menor afinidade.

A liberação de íons de sódio durante a biossorção mono- e multicomponente revela que um dos principais mecanismos envolvidos no processo é a troca iônica.

O pH exerce uma forte influência na capacidade de biossorção dos íons metálicos. A diminuição do pH da solução prejudica a capacidade de adsorção, o que sugere a competição entre íons H+ e os íons metálicos pelos sítios ativos de ligação.

A capacidade máxima de biossorção dos íons chumbo no sistema monocomponente a pH 4,0 foi de 1,25 mmol/g (259 mg/g) e a de cádmio a pH 4,5 foi 1,25 mmol/g (140 mg/g), permitindo concluir que todos os grupos funcionais presentes na superfície da alga foram ocupados.

O equilíbrio de biossorção multicomponente revelou que existe competitividade entre os metais pelos sítios ativos presentes na superfície da biomassa, fazendo que a capacidade de biossorção de cada metal diminua. No entanto, a capacidade total de biossorção foi próxima às obtidas em sistema monocomponente.

Um modelo de equilíbrio de troca iônica, considerando os grupos funcionais carboxílicos e sulfônicos na forma Na+, foi capaz de prever os dados de equilíbrio para os seguintes sistemas: H+/Na+/Cd2+, H+/Na+/Pb2+ ou H+/Na+/Cd2+/Pb2+/Cu2+/Zn2+.

Os coeficientes de seletividade da alga aumentam na seguinte ordem: Na+< H+< Cd2+< Zn2+< Cu2+< Pb2+ (para os grupos carboxílicos) e Na+< H+< Zn2+ < Cu2+< Cd2+< Pb2+ (para os grupos sulfônicos), o que indica que os que os grupos carboxílicos e sulfônicos têm uma preferência (afinidade) maior para os íons Pb2+.

Um modelo de transferência de massa considerando uma resistência à difusão intrapartícula, foi capaz de descrever as cinéticas de biossorção a diferentes valores de pH da solução em sistema fechado.

Os coeficientes de difusão obtidos para os metais no biossorvente são menores do que o coeficiente de difusão em solução aquosa, sugerindo que a resistência à transferência de massa de Cd2+ e Pb2+ entre a fase aquosa e sólida existe.

Os valores da difusividade homogênea dos íons metálicos no sistema multicomponente são superiores aos determinados nos sistemas com um único metal.

No sistema multicomponente, o tempo de difusão foi menor exceto para o Cu2+ em comparação aos obtidos em sistema monocomponente.

6.3 BIOSSORÇÃO EM COLUNA DE LEITO FIXO

Em geral, as curvas de ruptura obtidas neste estudo representam uma curva de adsorção normal apresentando o formato típico em S.

As capacidades de biossorção obtidas nos experimentos em coluna de leito fixo monocomponente são inferiores as obtidas em sistema fechado simples. Isso deve-se à presença de caminhos preferenciais devido à dificuldade no empacotamento da coluna, fazendo com que o biossorvente não seja completamente saturado.

A quantidade de sódio liberada durante a biossorção em coluna de leito fixo mono- e multicomponente foi próxima à quantidade dos metais adsorvidos.

A diferença de afinidade dos íons metálicos para os grupos funcionais presentes na superfície da alga no sistema multicomponente provoca o fenômeno de “overshoot”, que significa que a concentração à

saída da coluna, do elemento com menor afinidade atinge valores superiores ao da alimentação. Esse fenômeno foi observado para o Cd2+ e Zn2+.

A dessorção foi eficiente e rápida usando como eluente uma solução de HNO3 0,1 M.

6.4 BIOSSORÇÃO EM UMA INSTALAÇÃO PILOTO

Tal como observado na coluna de leito fixo em escala laboratorial, o fenômeno de “overshoot” ocorreu para os metais Cd2+

e Zn2+, que são os que apresentaram menor afinidade para os grupos presentes na superfície da biomassa. Esse fenômeno também foi observado para o Cu2+ no experimento em escala piloto.

A dessorção foi eficiente e rápida usando como eluente uma solução de HNO3 0,1 M.

A remoção de íons metálicos em solução aquosa por biossorção na alga Pelvetia canaliculata revelou-se um processo interessante, podendo ser aplicado ao tratamento de determinados tipos de efluentes industriais.

O scale-up do processo permitiu verificar que o sistema pode ter aplicabilidade em sistemas reais, podendo dessa forma, ser utilizado para tratamento de efluentes industriais petroquímicos e de outros setores industriais.