PRODUTOS NATURAIS NO PROCESSO DE BIOSSORÇÃO DE METAIS

Pesquisas relevantes na área de produtos naturais com aplicação na bioadsorção vêm crescendo, o que comprova a importância e possível eficiência destes materiais. A seguir são apresentadas pesquisas associadas aos objetivos desta pesquisa, utilizando diferentes adsorventes naturais, modificados ou não, e que possuem certa facilidade de acesso por parte da população, principalmente em comunidades de baixa renda.

Como biossorvente na remoção do íon Cu²⁺, os autores Chen et al. (2010) utilizaram as folhas da Cinnamomum camphora. As folhas foram secas em estufa e, em seguida foram moídas e lavadas em água destilada, e por fim secas novamente. No estudo cinético, o modelo de pseudo-segunda ordem foi o melhor ajustado para o processo e os dados experimentais foram ajustados ao modelo de Lagmuir. As variações observadas nos espectros EDS e FTIR – antes e depois da adsorção – consideraram que o mecanismo principal de remoção foi a troca iônica, embora o mecanismo de complexação também foi considerado. Por fim, os resultados demonstraram que as folhas da C. camphora podem ser aplicadas como um biossorvente natural para a remoção do íon metálico Cu²⁺

em soluções aquosas, sendo eficazes e de baixo custo.

Seguindo a ideia de materiais de baixo custo, cascas de bananas foram recentemente utilizadas por Fabre et al., (2020), a fim de verificar sua eficiência na remoção do íon metálico Hg²⁺ em amostras de águas de torneira, do mar e residual. O preparo do bioadsorvente consistiu em liofilizar e moer o material até partículas menores de 1,0 mm. As condições experimentais foram 1 litro de solução com temperatura 22°C, concentração do metal fixa em 50 μg dm^–3, pH 6,0 e agitação magnética a 650 rpm. Foram estudados os efeitos da concentração do bioadsorvente (0,15, 0,25 e 0,50 g dm^–3) em um tempo total de 72h de contato. Os resultados da bioadsorção do metal demonstraram uma remoção 91,0, 93,0 e 81,0 % do metal nas águas da torneira, mar e residual, respectivamente, utilizando a maior concentração das cascas na solução, 0,50 g dm^–3. Os autores concluíram que quanto maior a concentração do bioadsorvente maior a taxa de remoção devido ao aumento dos sítios disponíveis no material que são responsáveis pela adsorção do metal. Os autores destacaram ainda que, a cinética de bioadsorção que melhor se adequou foi a de Elovich, com modelo de pseudo-segunda ordem e atingindo o equilíbrio pela equação de Freundlich.

Cascas de ovos de galinha foram utilizadas pelos autores Yeddou; Bensmaili, (2007) no estudo da sorção do íon metálico Fe³⁺, direcionando a investigação em parâmetros como tempo de contato, temperatura, concentração de adsorvente e concentração de soluto. O material passou por lavagem com água de torneira e em seguida foi seco em estufa à 70°C. Após a secagem foram peneirados e obtidos tamanhos de partículas que variaram entre 50-315 µm. O ensaio experimental foi feito adicionando 0,25 g do bioadsorvente em 100 mL de solução de Fe³⁺ por um tempo total de 40 minutos.

Analisando os resultados deste trabalho, podemos inferir que houve uma remoção de 96,43% do metal estudado na solução em um intervalo de tempo de 30 minutos de contato e utilizando uma concentração de 2,5 g L^-1 do bioadsorvente. O modelo cinético que melhor descreveu os resultados foi o de pseudo-segunda ordem, com isoterma de Langmuir e uma energia de ativação -13,40 KJ mol^-1. Em suma, os autores comprovaram que as cascas de ovo podem ser aplicadas como adsorvente biológico de íons Fe³⁺ de soluções aquosas.

Os autores Pagnanelli; Toro; Vegliò (2002) utilizaram resíduos sólidos gerados na produção de azeite (cerca de 30% da produção final) como agente adsorvente de metais pesados. Este material possui uma estrutura química rica em sítios ativos e, poderão ter um destino alternativo aos descartes. Os resíduos passaram apenas por uma secagem natural ao sol e em seguida foram moídos e peneirados. Os metais pesados utilizados no estudo foram o mercúrio, chumbo, cobre, zinco e cádmio. A metodologia aplicada se deu pela adição de 10 g L^-1 da biomassa seguida da adição dos metais. A concentração foi determinada pelo espectrômetro de emissão atômica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES). O tempo total da biossorção até atingir o ponto de equilíbrio foi de 2h para os metais cobre, zinco e cádmio e 4h para mercúrio e chumbo. A possível justificativa para essa diferença de tempo pode estar no tamanho do raio atômico dos elementos analisados. Os autores declaram que ainda faltam estudos mais avançados para comprovação das interações que ocorrem no sítio ativo do material bem como estudos mais detalhados a respeito do mecanismo interação deste resíduo da produção de azeite e os metais avaliados.

Em outro trabalho analisado nesta temática, Pavan et al., (2006) utilizaram o pó feito da casca de tangerina ponkan (Citrus reticulata) como adsorvente na remoção de níquel, cobalto e cobre em soluções aquosas em processo de rápida adsorção. Foram investigadas as isotermas de adsorção dos metais, variação do pH, tempo de contato e

desempenho de adsorção em condições de fluxo dinâmico. A caracterização do biossorvente por FTIR mostrou-se ser constituída por polissacarídeo pectina, hidroxilas e funções orgânicas ácidas. O pH ideal para a adsorção máxima foi 4,8 em 298 K, obtendo os valores de adsorção de 1,92, 1,37 e 1,31 mmol g^{-1 -}, para níquel, cobalto e cobre, respectivamente. A isoterma que melhor se ajustou aos dados foi a de Langmuir e os resultados confirmaram que a casca de tangerina pode ser utilizada como um adsorvente natural de extração de íons metálicos, sendo a metodologia de baixo custo e com um alto potencial de limpeza (PAVAN et al., 2006).

Outra pesquisa para estudo do desempenho de produtos naturais como bioadsorventes foi realizada por Nathan; Barr; Rosengren, (2020) comparando a biossorção em solução aquosa utilizando cascas de frutas e vegetais: kiwi, maçã, banana, pepino, laranja e batata. Os resultados obtidos mostraram que o kiwi obteve o melhor desempenho na biossorção na seguinte ordem de Cd > Cu > Hg > Ni > Pb > As, com 95, 84, 80, 75, 67, 34 e 17% de remoção, respectivamente. A quantificação multielementar dos metais antes e após o processo de biossorção foi feita utilizando espectrometria de massas com fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). O equilíbrio do sistema se deu no tempo de 24h (para o Cd e Pb) e os demais metais por volta de 48h. Quanto à ordem das reações, os autores afirmam que a biossorção de Cd, Hg e Ni ocorreu de acordo com a reação de pseudo-primeira e pseudo-segunda ordem, enquanto as demais foram por pseudo-primeira ordem. Por fim, as perspectivas futuras desta pesquisa são estudos que revelem a natureza da ligação entre os íons e a superfície do biossorvente.

Os autores Fox et al., (2012) utilizaram a espécie Opuntia fícus indica (Cactaceae) na remoção de As (V) e para isso foram obtidos extratos de pectina capazes de formar géis (extrato de gelificante – GE) e a mucilagem (extrato não-gelificante – NE). As soluções com volume de 10 mL e concentração de 60 – 80 µg L^-1 do As (V) foram tratadas com NE e GE em concentrações que variaram de 5 a 100 mg L^-1. O tempo total estabelecido para contato foi de 36h. Os resultados demonstraram que tanto GE quanto NE apresentaram aumento médio de 34 e 17%, respectivamente, na concentração de As (V) na interface ar-água. Em relação ao pH da solução tratada com GE apenas o pH 5,5 e 9,0 foram eficientes. De acordo com os dados obtidos por espectroscopia ATR-FTIR e UV-Vis evidenciam que os grupos envolvidos na interação do arsênio e o extrato foram as carboxilas, carbonilas e hidroxilas. Por fim, os autores visam desenvolver um filtro de

baixo custo na remoção de As (V) com aplicações domésticas que sejam acessíveis a comunidades de baixa renda.

Os cladódios da espécie Opuntia fícus indica foram avaliados por Barka et al., (2013) como biossorvente natural na biossorção de íons Cd²⁺ e Pb²⁺. Neste trabalho, os autores investigaram os efeitos do pH, dosagem do biossorvente e o tamanho médio das partículas, tempo de contato concentração inicial dos metais e temperatura. As conclusões de cada variável estudada foi o pH 5,8 para os íons Cd²⁺ e 3,5 para os íons Pb²⁺, o tamanho ideal das partículas do cacto foi menor que 100 µm numa concentração ideal de 4 g L^-1 para o cádmio e 10 g L^-1 para o chumbo, em temperatura de 25°C. Quanto a cinética, a equação do modelo de pseudo-segunda ordem melhor descreveram os dados do experimento e as isotermas foram melhor ajustadas pela equação de Langmuir. Os grupos de ácido carboxílico foram os responsáveis pela ligação do metal, concluindo assim que o cacto seco pode ser uma alternativa eficaz na remoção desses metais em amostras de águas residuais.